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原文传递涵洞施工弹塑性有限元模拟分析

论文题名：	涵洞施工弹塑性有限元模拟分析
关键词：	涵洞施工;弹塑性力学;有限元分析;位移场;应力场
摘要：	涵洞是埋设在填土下的输水建筑物，广泛地运用在水利、交通、市政工程等基础设施中，其施工过程包括基坑开挖、洞身浇筑以及上覆土体的回填。近年来，随着基础设施建设的规模不断加大，涵洞这类填埋式构筑物越来越得到普遍的应用。本文通过编制有限元程序模拟涵洞施工的全过程得到计算区域内的位移场和应力场并进行分析，为今后此类工程的设计、施工提供科学依据。本文在用有限元法模拟基坑开挖时以改进的Mana法计算开挖等效释放荷载、以Mohr-Coulomb准则为屈服准则和以三角形单元划分网格的方法分层、分步模拟开挖过程。将挖方计算区域内的单元逐层“挖去”，使开挖表面上的应力完全解除，从而使开挖面成为无应力自由面，在此基础上分析土体的应力场和位移场随开挖深度的变化规律，最后得到开挖完成后的应力场和位移场。涵洞主体浇筑完成后，回填土体时，以开挖完成后的应力场和位移场为初始状态，通过逐级增加计算区域内的单元数目，施加新增单元的自重荷载，模拟分析涵洞、基坑和回填土体的应力状态，得到了涵洞结构受力和土体变形的一般规律。用有限元法模拟涵洞施工过程，充分体现了土体非线性本构关系这一特性，反映了土体在开挖阶段处于卸载状态、回填阶段处于加载状态等不同施工阶段处于不同应力状态的实际情况。最后模拟分析了不同边坡、覆土厚度和地基弹模对涵洞洞顶土压力的影响。通过对基坑开挖模拟，得知释放荷载并不是随着开挖逐步进行而完全释放出来，只有在达到一定深度时(如本文的开挖完成时)才有所释放；同时侧向位移的最大值随着开挖的进行位置会有所改变，逐渐向开挖边坡面移动。在回填时，分析了三个主要影响因素对涵洞洞顶土压力的影响，提出了1：2的边坡为“临界边坡”；在所考虑的三个影响因素的条件下，得到的土压力集中系数从0.6到1.4连续变化。整个施工过程的有限元模拟分析，真实客观反映了计算区域内的各点的应力、应变，为涵洞这类构筑物的设计、施工提供了科学依据，具有重要的实际意义。
作者：	罗智刚
专业：	水利水电工程
导师：	李永刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文