隧道论文：隧道应力释放开挖方法有限元支护受力地表沉降

隧道论文：隧道应力释放开挖方法有限元支护受力地表沉降
【中文摘要】随着我国公路交通事业的快速发展,隧道工程已经得到了广泛的应用,同时,在隧道施工过程中面临的问题也越来越多,如何根据实际工程情况,有效的控制地表沉降范围和优化支护结构受力,成为了施工技术人员急需解决的问题。

现代隧道修筑技术是以新奥法为理论基础的,该理论认为,围岩自身具有一定的承载能力,在整个隧道支护体系中,围岩是承载结构的一部分,因此,应充分利用围岩的自承能力,保持围岩的稳定。

本文模拟分析了暗挖隧道在不同围岩应力释放率及不同施工开挖方法下的响应机制,主要研究以下几方面内容:(1)对现有围岩应力在开挖与支护阶段的计算方法进行了分析,针对隧道类型及工程地质条件,论述了隧道工程中常用的施工方法的适用范围和特征。

(2)针对隧道施工过程中围岩应力逐步释放的特征,分析了不同应力释放率下,隧道支护结构受力特点和地表沉降分布规律,借助“反转应力法”,并利用ANSYS有限元软件的APDL参数化设计语言,对数值模拟进行了二次开发,编制了“临空面节点力提取,并反向分级施加”命令,实现了应力的逐步释放。

(3)模拟分析了不同开挖方法对隧道支护结构受力和地表沉降的影响,得到了不同开挖方法下,支护受力的分布特点和地表沉降的理论变化规律。

(4)依据浏阳河隧道的工程实际,从数值仿真与实际监测出发,对比分析了三台阶法和CD法两种开挖方法下的地表沉降规律,并利用Peck公式计算了两
种工法下的单位地层损失。

【英文摘要】With the rapid development of road transportation, tunnel constructions have been widely used. As the same time, more and more problems existing in tunnel construction appear to our face, how to control the ground settlement effectively and make the loading distribute reasonably on the support structure become to be an urgent problem that needs to be solved. Modern tunnel construction technology is based on the New Austrian Tunneling Method, which thinks the rocks have a certain self-supporting capacity, that are parts of tunnel support structure system. Therefore, it is very important to make full use of the rock self-supporting ability to maintain the stability of surrounding rock. The paper simulates the response mechanism of buried tunnel under the different surrounding rock stress release and different excavation methods through the ANSYS software, the main content is as following:(1) Sum up the rock stress calculation methods in tunnel excavation step and support step, introduce the characteristics and the application conditions of different tunnel excavation methods which usually be used.(2) Use the parametric design language APDL to write the order“free surface nodal extracted and reverse-graded to impose”to achieve the
rock stress progressive release in the tunnel excavation process; get the force characteristics of support structure and the ground settlement distribution regular.(3) Use the order for element life and death to simulate the different tunnel excavation methods, obtain the different tunnel excavation effect characteristics on support structure and ground settlement.(4) Establish finite element models with different excavation methods based on LiuYang River tunnel, analyze and contrast the actual measurement data and the simulation data, make use of peck formula to compute the unit ground loss.
【关键词】隧道应力释放开挖方法有限元支护受力地表沉降
【英文关键词】tunnel stress release excavation method finite element support structure force ground settlement
【目录】应力释放与开挖方法对隧道支护受力及地表沉降的影响摘要4-5Abstract5第一章绪论8-18 1.1 引言8-9 1.2 问题的提出及其研究意义9-10 1.3 地表沉降与支护理论的研究现状10-16 1.3.1 影响地表沉降与支护受力的因素10-13 1.3.2 地表沉降的预测方法13-15 1.3.3 隧道支护理论的发展与现状15-16 1.4 本文研究内容16-18第二章围岩应力与应力释放18-33 2.1 概述18 2.2 初始地应力分布与计算18-20 2.2.1 地应力分布的基本规律18-19 2.2.2 初始应力场的计算19-20 2.3 隧道开挖后的围岩应力分析20-26 2.3.1 围岩压力与分类21-22 2.3.2 隧道开挖后的弹性二次应力解22-23 2.3.3 隧道开挖后的塑性二次应力解23-25 2.3.4 隧道开挖后的粘弹性二次应力解25-26 2.4 围岩支护后的应力状态分
析26-29 2.4.1 弹性应力状态及其位移分析27-28 2.4.2 塑性应力状态及其位移分析28-29 2.5 应力释放的确定与计算29-32 2.5.1 等效结点力的计算29-31 2.5.2 应力释放系数的确定31-32 2.6 本章小结32-33第三章隧道支护受力特性与地表沉降的有限元分析33-58 3.1 有限元分析过程与隧道开挖模拟方法33-36 3.1.1 有限元的分析过程33-34 3.1.2 模拟隧道开挖的基本方法34-36 3.2 隧道开挖在ANSYS中的实现36-39 3.3 支护原理与开挖方法简介39-41 3.3.1 隧道支护原理39-40 3.3.2 开挖方法简介40-41 3.4 应力释放率对支护受力与地表沉降的影响41-51 3.4.1 释放率对支护受力的影响42-49 3.4.2 释放率对地表沉降的影响49-51 3.5 开挖方法对支护受力与地表沉降的影响51-56 3.5.1 开挖方法对支护受力的影响51-55 3.5.2 开挖方法对地表沉降的影响55-56 3.6 本章小结56-58第四章浏阳河隧道地表沉降处理与模拟分析58-76 4.1 工程背景58-62 4.2 工程地质条件62 4.3 浏阳河隧道地表沉降特征分析62-75 4.3.1 现场监控测量数据分析62-72 4.3.2 有限元模拟分析72-75 4.4 本章小结75-76
第五章结论与展望76-78 5.1 主要研究结论76-77 5.2 进一步工作与展望77-78参考文献78-82致谢82-83附录A (攻读硕士学位期间发表论文)83
【索购全文找】1.3.9.9.3.8.8.4.81.3.8.1.1.3.7.2.1
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