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天平铁路关山隧道施工数值模拟与稳定性分析
| 论文题名： | 天平铁路关山隧道施工数值模拟与稳定性分析 |
| 关键词： | 深埋隧道;围岩稳定;屈服接近度;数值模拟 |
| 摘要： | 本论文以新建铁路天水至平凉线关山特长隧道为工程背景,结合近年来国内外深埋长隧道领域取得的研究成果,采用围岩屈服接近度(YAI)概念,借助对D-P准则修正后的ANSYS通用有限元软件,对关山隧道施工全过程进行系统的数值分析,从隧道施工对围岩稳定性影响的定量评价入手,对关山隧道各级围岩不同断面条件下的施工步骤进行优化,为隧道快速施工提供理论支持。 由于ANSYS软件没有内置M-C屈服准则,其在岩土工程数值模拟中采用基于M-C不等角六边形外接圆的D-P屈服准则(DP1)进行近似计算,计算结果偏不安全。针对这一情况,本论文采用计算结果更为接近M-C屈服准则的等效面积圆D-P准则(DP4)对ANSYS软件进行修正,借助APDL,语言完成了围岩屈服接近度(YAI)在ANSYS软件三维计算环境下的二次开发,实现了对关山隧道各级围岩、不同断面、不同工况条件下围岩稳定性分析的定量评价,可以直观把握复杂应力状态下围岩的应力危险程度,并将这一成果运用于该隧道施工步骤的优化。 本论文主要完成了以下工作并得出了相应的结论: (1)隧道各级围岩不同断面条件下开挖工法的优化: 关山隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩段采用全断面法施工;Ⅳ级围岩段以两台阶法施工为主,围岩较差地段采用CD法施工;Ⅴ级围岩段单线断面采用两台阶法施工,双线断面隧道采用三台阶法施工,围岩较差地段采用双侧壁导坑法施工。 (2)确定隧道各级围岩不同断面既定工法条件下每循环进尺的长度: 关山隧道Ⅱ级围岩段每循环进尺长度取3.6m;Ⅲ级围岩段取3.2m;Ⅳ级围岩段单线断面取2m,双线断面1.5m;Ⅴ级围岩段单线断取2m,双线断面1.2m。 (3)隧道各级围岩不同断面台阶法施工条件下施工台阶长度的选取: 关山隧道Ⅳ级围岩段单线断面下台阶长度不小于0.75D(约4m),双线断面下台阶长度不小于0.75D(约9m);V级围岩段单线断面下台阶长度不小于0.5D(约3m),双线断面中台阶长度不小于0.75D(约9m),下台阶长度不小于D(约12m)。 (4)确定隧道各级围岩不同断面初期支护条件下的施工安全长度: 关山隧道Ⅱ级围岩段初期支护条件下隧道自稳安全长度不大于125m;Ⅲ级围岩段不大于100m;Ⅳ级围岩段单线断面不大于72m,双线断面不大于18m;Ⅴ级围岩段单线断面不大于45m,双线断面不大于7.5m。 本论文采用围岩屈服接近度(YAI)的概念,通过对ANSYS软件的二次开发并借助其强大地后处理功能,实现了隧道施工对围岩稳定性影响的定量评价,并将其用于指导工程实践,得出的结论对关山特长深埋隧道的快速安全施工具有一定的指导意义,希望本论文所采用的研究方法及结论可为今后类似工程提供参考与借鉴。 |
| 作者： | 冯建 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 严松宏;苑郁林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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