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隧道喷射钢纤维混凝土支护的有限元模拟
| 论文题名： | 隧道喷射钢纤维混凝土支护的有限元模拟 |
| 关键词： | 隧道工程;喷射钢纤维混凝土;支护结构;有限元分析;边界条件 |
| 摘要： | 目前，我国铁路、公路、城市交通等工程建设中，隧道建设项目越来越多，而且隧道建设大多任务重、时间紧，对其设计与施工中的新方法、新工艺、新材料的使用日益迫切。利用喷射钢纤维混凝土作为隧道的支护结构，不仅可以大大节省作业时间，提高隧道施工的进度，而且在岩面上喷射钢纤维混凝土有利于形成岩石持力环而发挥岩石-钢纤维混凝土组合结构性能，并能在围岩松动之前有效加固围岩。但是目前还没有完整的模拟隧道喷射钢纤维混凝土支护的分析理论，因此基于理论分析和实践相结合而进行的喷射钢纤维混凝土支护的设计与施工技术参数的优化具有重要意义。本文对隧道喷射钢纤维混凝土作为支护的有限元模拟方法进行研究，主要研究内容如下： 论文对喷射混凝土、钢纤维混凝土、喷射钢纤维混凝土的发展与应用进行了系统的论述，并对隧道支护的数值模拟的研究现状进行了分析；对钢纤维混凝土以及喷射混凝土的原材料和生成物的物理力学性能包括弹性模量、抗拉性能、韧性、抗弯性能以及钢纤维增强机理与破坏机理进行了研究，并对喷射钢纤维混凝土在隧道工程中的支护机理进行了探讨；论文重点研究了喷射钢纤维混凝土作为隧道支护结构进行弹塑性分析的有限元建模方法。讨论了力和位移的边界条件、计算单元与模型、时间与空间效应、网格细度与开挖效果等；结合三个不同工程实例分别对坑道开挖、支护长期效应进行了模拟以及对位移的观测与模拟结果进行了对比分析。 通过上述分析与研究本文得出了如下结论：喷射钢纤维混凝土支护结构具有较高的残余强度，这对提高支护结构的安全性和支护破坏后的修补都是有益的；用梁单元模拟锚杆与不厚的喷射钢纤维混凝土支护结构、用等参单元模拟岩土；隧道开挖的时间效应应根据应力释放效率来分步进行有限元模拟；提出了各类围岩中不同断面隧道围岩应力和变形的释放规律及开挖前的“初始释放率”，为用平面问题的有限元程序进行“准三维”计算时的释放率选取提供了依据，为研究以开挖面超前距离的临界值表达的围岩稳定条件以及喷层施作时间的选取提供了有效的途径。 |
| 作者： | 黄骏 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张仲先 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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