详情

原文传递大跨度隧道施工方法数值模拟与动力响应分析研究

论文题名：	大跨度隧道施工方法数值模拟与动力响应分析研究
关键词：	大跨度隧道;施工方法;围岩;支护结构;动力响应;弹塑性有限元法
摘要：	随着大跨度隧道建设的不断涌现，所遇到的问题也越来越多，比如现行的设计与施工规范已经不能满足大跨度隧道设计与施工的需要了，但国内外有关的研究成果并不多，可借鉴的设计与施工经验较小，大跨度隧道的设计与施工带有一定的盲目性。因此，如何进一步提高大跨度隧道的设计与施工质量，是目前急需解决的问题。解决这问题的关键是要对大跨度隧道的开挖与支护过程进行研究，获取大跨度隧道在不同的施工方法过程中隧道围岩与支护体系的力学性状信息，为大跨度隧道设计与施工提供依据和指导。为此本论文进行大跨度隧道施工方法数值模拟及隧道的爆破地震动力响应分析研究，该研究不仅具有理论价值，而且具有重要的工程意义。本论文在前人的研究成果的基础上，以燕前二号大跨度隧道(跨度：23.32m)为研究对象，运用弹塑性理论、动力学原理以及数值分析方法对大跨度隧道施工方法数值模拟及隧道的爆破地震动力响应进行了研究，主要取得的研究成果有： (1)利用弹塑性理论和有限元法基本理论，建立了燕前二号隧道平面弹塑性有限元模型以及弹塑性屈服准则。采用ANSYS软件，对V级围岩中的CD法和CRD法以及双侧壁导坑法的开挖施工过程进行了动态数值模拟研究，得到了三种工法每一步开挖过程中的围岩应力场、位移场、弯矩、剪力以及轴力的变化情况，对计算结果进行了详细的分析，比较了三种开挖工法的优缺点，同时综合考虑安全性以及经济性，得到对于燕前二号隧道采用CRD工法是比较科学合理的，该研究成果与结论为燕前二号隧道的设计和施工提供了依据。 (2)运用弹塑性理论、结构动力学和数值分析方法，进行了在爆破荷载作用下的隧道围岩与支护结构的动力响应研究，结果表明：在小净距隧道的施工中，后行修建隧道爆破开挖将对先修隧道产生极大的影响，影响最大的部位是先修隧道的迎爆侧，迎爆侧峰值速度、峰值加速度是另一侧爆破侧峰值速度、峰值加速度的几倍到几十倍，而且迎爆侧峰值位移大于另一侧峰值位移，说明在施工过程中，迎爆侧是隧道爆破地震效应最强烈的部位，应重点对迎爆侧进行监控；计算实例各个隧道特征点的应力都远远小于围岩结构的极限承载力，可以得出爆破产生的应力对围岩衬砌结构影响较小；先行修建隧道初期支护结构对隧道动力响应控制有一定的效果，尤其对低类别围岩效果较为明显；在后建隧道爆破开挖前，先建隧道应进行支护，形成封闭结构，有利于减小爆破振动的影响。 (3)基于在侧向爆荷下岩洞在厚度为跨度三分之一围岩中具有厚壁受弯构件的力学特征，而在该围岩区外即基本上接近自由场应力状态这一结论，用厚板理论方程在自由场压力的外载下进行求解，地下结构与围岩动力相互作用，可用分别代表衬砌及介质的基于薄板与厚板理论的受弯构件动力议程来描述，围岩和衬砌二者之间的相互作用力用接触压力函数q(x，t)加以联系，通过解一组联立方程，给出了计入与弹性半空间相互作用效应的直墙拱顶衬砌时动力分析的解析解，同时列出了函数q(x，t)的解析表达式。
作者：	边翔
专业：	岩土工程
导师：	谢全敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文