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考虑渗流作用的隧道开挖数值模拟及其影响因素分析
| 论文题名： | 考虑渗流作用的隧道开挖数值模拟及其影响因素分析 |
| 关键词： | 隧道开挖;应力变形;渗流作用;数值模拟 |
| 摘要： | 隧道开挖过程中最为关键的问题就是控制围岩的应力变形保证围岩稳定。影响围岩稳定的因素众多，渗流场与应力场的耦合作用是其中最为普遍和关键的影响因素。本文在介绍隧道开挖围岩基本力学特性和稳定性理论基础上，采用 FLAC3D软件进行考虑渗流作用的隧道开挖数值模拟，进而分析隧道埋深、隧道半径、隧道开挖方式以及隧道开挖进尺对围岩稳定性的影响。最后对某公路隧道开挖进行数值模拟，结合工程实测资料分析隧道开挖过程中围岩孔隙水压力和应力变形分布规律，讨论围岩塑性区分布和衬砌应力变形特性，同时讨论地下水位和锚杆作用对围岩稳定性的影响。本文主要得到以下几点结论： (1)隧道开挖使周围围岩引起明显漏斗状孔隙水压力分布区，孔隙水压力产生明显的消散过程。地下水渗流作用使围岩变形范围明显加大，并引起较大的应力和位移，特别是对拱顶沉降具有显著影响，地下水位越高对围岩稳定越不利。考虑渗流作用，可以更加真实体现围岩的力学特性和应力状态的变化。 (2)隧道开挖引起围岩应力重分布，在隧道顶部引起较大范围低应力区，在周围引起应力集中，围岩总体受压，但是在拱顶和仰拱有受拉趋势。隧道开挖在顶部引起塌落拱，而在底部引起松动区，两侧产生指向隧道的变形。同时隧道开挖在拱顶和仰拱部位引起一定范围拉伸塑性区，而在两侧引起剪切塑性区。 (3)隧道埋深、开挖半径和开挖进尺对围岩应力变形特性具有较大影响。埋深、半径和进尺的加大使隧道开挖围岩的扰动范围扩大，应力集中和受拉趋势更加明显，同时隧道开挖空间效应影响范围加大，围岩变形收敛速度变慢，塑性区范围增加。开挖方式对围岩稳定性具有一定影响。锚杆可以有效控制围岩变形，提高围岩自承载能力。 (4)某工程实例隧道开挖数值计算所得变形分布和变化规律与实测结果吻合较好，说明本文所采用的考虑渗流作用的隧道数值计算模型较为合理。该工程开挖过程所引起围岩和衬砌应力变形以及围岩塑性区分布符合一般规律，隧道开挖过程中围岩是稳定的。 |
| 作者： | 王晓 |
| 专业： | 水工结构工程 |
| 导师： | 柴军瑞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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