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地形偏压下连拱隧道模型试验研究及数值模拟
| 论文题名： | 地形偏压下连拱隧道模型试验研究及数值模拟 |
| 关键词： | 地形偏压;连拱隧道;模型试验;围岩压力;有限元分析;数值模拟 |
| 摘要： | 连拱隧道线形流畅、占地面积小、空间利用率高、避免了洞口路基或大桥分幅，与洞外线路连接方便，能很好地解决分离式隧道所存在的一些问题；同时，连拱隧道在适应地形条件、环境保护以及工程量上都具有优越性。因此，在特殊地质以及地形条件受限的地区进行高速公路的建设时，常常选择连拱结构的隧道方案。然而，地形偏压作用下连拱隧道结构的受力机理和围岩稳定性还不是十分清楚，仍有待进一步深入研究。 在前人研究工作的基础上，本文以连拱隧道为研究对象进行室内相似模型试验和数值模拟，对连拱隧道开挖时的整体力学性质、变形趋势和稳定性进行了分析与研究，得到了一些有益的结论和成果： (1)以重晶石粉、石英砂和酒精松香溶液等配制的相似材料，通过物理力学性能试验表明，该材料容重大、泊松比基本满足软岩的要求，抗压强度和弹性模量低、力学性能稳定、可重复使用、无毒性等特点，是一种可以模拟Ⅴ级工程围岩的理想材料。 (2)通过弹性力学的基本方程和边界条件，较为系统地论述了应力试验的相似理论，推导了模型试验中常用的相似常数。运用相似理论分析了模型材料的选择原则及模型试验的精度问题，设计了能进行围岩压力、位移、衬砌变位及竖向加压测试的平面应变模型试验装置。 (3)通过1:20尺寸比例的模型试验对地形偏压作用下连拱隧道衬砌受力和拱顶沉降的分析，表明：①在不同荷载下，左、右洞室衬砌都受压力，而且压力随着隧道上覆荷载的增大而增大，左洞最大轴力值分布于仰拱和边墙的结合部位；右洞最大轴力值分布于靠近中墙的左拱腰。②实验过程中，左右洞室有被压扁的趋势，左洞最大弯矩分布于左、右拱腰和拱底；右洞最大弯矩分布于左拱腰。③随着荷载的增加，左洞洞顶竖向位移变化不大，右洞洞顶竖向位移成线性增大。 (4)采用ANSYS10.0非线性有限元软件对偏压连拱隧道的施工过程进行数值模拟，得到：①后行洞的开挖对先行洞的位移有一定的影响，其中对左、右拱腰和拱脚的影响大，特别是后行洞上半断面的开挖影响最大。②采用“先外后里”开挖方法，应力值在整个开挖阶段的变化主要集中在中墙、中墙顶部、中墙底部和两侧拱脚附近的区域。③在地形偏压作用下，连拱隧道整体向浅埋侧移位，浅埋侧和深埋侧的围岩出现被动压力和主动压力作用，浅埋侧隧道的拱顶竖向应力小于深埋侧，但浅埋侧隧道边墙水平应力大于深埋侧，隧道浅埋侧中墙顶部处于受压作用，而深埋侧中墙顶部处于受拉作用，中墙承受严重偏压应力作用。 |
| 作者： | 董昌周 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王国才;杨建辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江工业大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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