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构造应力场作用下深埋隧道开挖施工力学效应研究
| 论文题名： | 构造应力场作用下深埋隧道开挖施工力学效应研究 |
| 关键词： | 公路隧道;构造应力;有限元法;数值模拟 |
| 摘要： | 在高速公路建设中，为了改善线形，缩短里程，提高运营效益，避免病害，保护环境，公路隧道的修建逐渐增多。隧道开挖是破坏岩体初始应力状态的一个在时间和空间上都不断变化的过程。虽然在埋深不大，围岩级别低的地质环境下只考虑自重应力场也可以满足工程需要，但在埋深较大，围岩单轴抗压强度低的情况下地应力状态相对复杂，考虑构造应力来研究隧道围岩的稳定性是必要的，有助于降低施工成本，防止不必要的地质灾害。还原岩体本来的地应力状态对隧道开挖过程具有一定的理论和实际意义。 本文总结了构造应力在地质工程和地下工程中作用的数值模拟方法和隧道开挖过程的数值模拟方法，以杭州到兰州高速公路巫奉段二期工程骡坪隧道为工程背景，运用大型有限元软件ANSYS对隧道开挖过程作数值模拟分析。 分别对自重应力状态下和加不同构造应力状态下进行二维简化模型的数值模拟分析研究，研究结果表明：（1）约束条件的施加会影响模型对应力状态的计算结果。从三种不同的应力状态模拟结果来看，去掉边界约束，改加较小的构造应力时，其应力状态受自重应力影响明显，计算结果也不符合实际情况。随着构造应力的增加，逐渐地接近真实的应力状态，同时应力状态的变化也有明显的规律性。（2）从应力矢量图可以看出，随着水平构造应力的增加，在自重应力不变的情况下，大主应力的方向和大小在不断的改变。直到水平构造应力成为大主应力，整个应力状态就受水平构造应力的控制。隧道围岩变形受大主应力控制，当自重应力为大主应力时，控制围岩变形的是自重应力。（3）随着构造应力的增大拱顶沉降在减小，水平收敛在增大，在构造应力大到一定程度将会变为最大主应力，构造应力就会取代自重应力控制围岩变形。 对骡坪隧道K4+903-K+933段的开挖过程进行三维数值模拟分析研究，结果表明：（1）只考虑自重应力就意味着在模型两边加X，Z方向的约束，这样就限制了单元在X方向也就是水平方向的位移．考虑构造应力不但还原了真实的地应力环境而且还不用限制X方向上的位移，数值计算会更接近实际工程。（2）由于数值模拟过程是在开挖的同时就激活加固圈和喷射混凝土，没有考虑围岩受爆破等扰动和在支护结构施工过程中的变形量。因此，模拟数据要比实测的数据小-些。通过对拱顶沉降的模拟对比分析，构造应力作用下的拱顶沉降值大于只考虑自重应力情况下的沉降值。 拱顶沉降数值模拟计算数据曲线与现场监控量测数据曲线的趋势-致。构造应力作用下的模拟数据更接近实测数据，说明在埋深较大的隧道工程中考虑构造应力对隧道施工过程的影响是必要的。 |
| 作者： | 王鹏 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 刘保县;刘新荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西华大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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