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恶劣地质条件下小间距隧道施工的数值模拟
| 论文题名： | 恶劣地质条件下小间距隧道施工的数值模拟 |
| 关键词： | 隧道工程;隧道施工;隧道围岩;支护结构;数值模拟 |
| 摘要： | 我国地形、地质条件复杂，山岭区所占比重极大，高等级公路建设中大量地遇到隧道工程，由于特殊地质及地形条件的限制，隧道间距一般都难以满足普通技术规范要求，因此需要采用小净距隧道及连拱隧道等特殊结构型式。 本文从隧道围岩压力入手介绍了围岩的初始应力状态以及围岩松动压力的确定方法并介绍了围岩的破坏模式及其影响因素通过对支护结构与围岩相互作用的力学分析，建立了围岩与支护结构平衡状态。再根据隧道工程的受力特点并对隧道施工过程中洞室稳定性与支护结构相互作用机理的深入分析，建立了隧道施工过程的计算模型然后采用弹塑性有限元方法，对隧洞开挖与支护进行模拟，通过对支护进行结构分析，来分析隧道支护的力学性能。 论文以九岭隧道施工过程中的量测设计及实施为基础，在现场实测的基础上，采用大型有限元程序ANSYS，对隧道施工过程、围岩应力场、位移场以及近距隧道施工相互影响等进行模拟研究，所得结论与现场数据拟合良好。 对于双层衬砌结构作用的模拟，本文提出了三种接合面相互作用模型，并对其中两种进行了数值模拟，一种是用梁单元模拟二次衬砌，一种是用板单元模拟二次衬砌。通过分析并进行对比得出了一些有益的结论。在对隧道进行开挖和支护过程的模拟中，ANSYS是通过杀死和激活单元来模拟材料的消去和添加。利用单元的这种生死功能，可以简单有效地模拟隧道的开挖和支护过程。但要注意的是在激活和杀死单元时，自由度的控制。 论文主要进行了Ⅳ级围岩两种模型开挖过程的数值分析，并分别比较了初期支护的最大弯矩值、初期支护的最大轴力值、锚杆的最大轴力值、左洞顶节点位移值、最大等效应力值随开挖过程的变化规律。同时还进行了Ⅴ级围岩开挖过程的数值模拟，为恶劣地质条件下隧道的施工提供了一些参考。 最后本文讨论了在不同埋深下Ⅳ级围岩的各项参数的变化情况，通过数据和曲线图的变化规律得出了各项研究变量与埋置深度之间基本为线性关系变化的结论，为埋深对隧道施工过程中各个参数的影响起到了定性分析的作用。 |
| 作者： | 黄方 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 李之达 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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