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软岩大变形隧道随机力学特征研究
| 论文题名： | 软岩大变形隧道随机力学特征研究 |
| 关键词： | 软岩大变形;数值模拟;有限元;隧道结构;可靠度;随机力学特征 |
| 摘要： | 由于隧道工程特有的工程性质，导致隧道结构的受力、变形和破坏往往形式复杂、变化多样，且影响因素众多。而这些影响因素来自于荷载、材料、结构几何形状等诸多方面，且大多都为随机变化量，包含众多的不确定性。随着工程技术、理论研究的发展，基于确定性研究所得的理论成果表现出一定的不合理性。专家学者对这些影响隧道结构的随机变量开展了大量的基础研究工作，形成以可靠度理论为基础的概率极限设计方法。随着我国隧道工程建设的大力发展，危害程度大、治理费用高、施工风险大的软弱围岩大变形灾害已成为困扰地下工程界的一个重大问题，而软岩大变形隧道稳定性的研究是工程科研人员亟需深入研究解决的一大课题。 本文介绍了结构可靠度以及软弱围岩大变形理论的国内外研究现状与发展，在相关文献及研究成果的基础上对结构可靠度及软岩大变形理论进行整理总结。再以兰渝线天池坪隧道为工程背景，利用有限元软件ANSYS采用DP屈服准则对天池坪隧道进行二维数值模拟，对隧道台阶法连续开挖施工过程进行模拟，在考虑围岩、支护结构材料等影响隧道结构随机特性的参数外，尝试将时间随机场转化为围岩扰动影响系数，构造包含时间随机场的极限位移功能函数及极限状态方程，利用蒙特卡洛法对隧道开挖过程中隧道结构的可靠度进行计算，研究各台阶开挖过程中隧道结构的随机特性。在各台阶开挖过程中，围岩弹性模量对隧道拱顶沉降的影响最大，随着围岩弹性模量的增大隧道拱顶沉降量（负数）增大；支护结构厚度和支护结构弹性模量对拱顶沉降的影响次之，影响规律均为随着支护厚度和支护弹模的增大隧道拱顶沉降量（负数）增大；围岩密度的随机特性对拱顶沉降的影响较小，随着围岩密度的增大隧道拱顶沉降量（负数）减小；以上规律在隧道开挖过程中均保持不变；但隧道开挖完成后，支护结构厚度、支护结构弹性模量对拱顶沉降的影响反而小于围岩密度对拱顶沉降影响，这与隧道开挖过程中的规律相反，即说明支护结构在隧道开挖过程中对隧道稳定性的影响要大于对隧道开挖完成后的影响，也就验证了支护结构随机特性在隧道开挖过程中对隧道的稳定作用较大。所以在软岩大变形隧道的开挖过程中初期支护结构的施做对隧道结构及围岩的稳定性意义重大；但不论在隧道开挖过程中还是隧道开挖完成后，围岩弹性模量对隧道拱顶沉降的影响均为最大，所以围岩的不确定性仍是隧道开挖过程中影响隧道结构可靠的主要原因。 |
| 作者： | 杨文晗 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 刘志强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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