隧道结构受力分析提交
上海长江隧道的纵向受力分析及安全性评价
流动状 ， 河势 多变 ， 域和航道 不稳定 。且该 场地地震 活动多 以 水 中小地震为主 ， 根据地质报告可综合判定 江中 Ｘ ２＋２０ Ｋ ０ ～Ⅺ＜ ＋ ６ ８０ ９ 段新 近沉积 的①一 ３ 层为轻微液化土层 ， 均液化指数为 ３ ９ 。 平 ．７ 上海长江 隧道 的主要结构参数见表 １ 。
理 论 运 用 于 实 际 工 程上 以提 出相 应 的 隧道 保 护 措 施 。
表 ２ 长 江 越 江 隧道 结 构 性 能 参 数
中性轴位置
５ ８ 。 ０． ５
上海越江隧道工程横跨整个 长江 口水 域 ， 其设计基 准期要 求
等效抗弯刚度
ｋ １２ Ｎ・ １ ７
２． ９ ６ ８× １ ９ ０
是隧道整体结构受力的薄弱环节 ， 其的研究却较 少。随着近 衬砌环 、 但对 螺栓和环缝的变化作充分 的研究 ， 因此 ， 文中用 的隧道纵
年来学术界对隧道 纵向变形及其结构 性能的重视 ， 在纵 向受 力理 向结构理论 ， 以等效轴 向刚度连续模 型为基础 。根据等效轴 向刚 论和纵 向受力分析Ｉ３等方面 有 了一 定的成 果 ， 仍迫 切需要 将 度连续模型 ， ＿ 但 计算 出长 江越江隧道结构性能参数 ， 如表 ２所示。
ｋ Ｎ
—２ ５
Ａ， ｍ￡
２ ９３
』 ｍ４ ／
７ ５． ２ ５ ８
１ ０ ４０ ０
注 ： 中基床系数 Ｋ 其 的取值参考上海江湾体育中心站地质勘查报告 ］ ４
１３ 计 算方案 ．
通过分析上海长江隧道 的地质情况 ， 分析 出其可能产生不均 匀沉降的原因 ， 将其化为计算方案 ： 方案一 ： 滚沙 。
表 １ 上海长江隧道的主要结构参数
隧道结构受力分析(提交)
《工程结构破坏过程数值试验》题目名称：隧道开挖支护结构受力分析姓名：XXX班级：XXX学号： XXX指导教师：XXX日期：XXX《工程结构破坏过程数值试验》课程编号：课程名称：工程结构破坏过程数值试验学生班级：学号：目录：1.题目 (1)2.问题描述 (1)3.数值分析对象，计算目的和拟解决的关键问题 (2)4.软件扼要介绍；确定运用的模型及其参数。
(2)5.计算模型边界条件与初始条件 (3)6.模拟荷载及荷载的动态变化 (6)7.确定计算的收敛评判依据 (8)8. 考察各环节简化的合理性 (8)9.模型中与水的相互作用 (8)10. 求解运算 (8)11.确定后处理方法或反分析 (9)12.数值分析结果 (12)1.题目隧道开挖支护结构受力分析2.问题描述选取某新建铁路线上的隧道断面，该断面采用的支护结构如图1所示。
为保证结构的安全性，采用了载荷-结构模型。
主要参数如下：⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm；⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料；⑶隧道围岩是IV级，洞跨是5.36m，深埋隧道；⑷隧道仰拱下承受水压，水压0.2MPa。
图1 隧道支护结构断面图隧道围岩级别是IV级，其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表1。
表1 C30钢筋混凝土的物理力学指标名称容重γ（KN/m3）弹性抗力系数K（MPa/m）弹性模量E（GPa）泊松比ν内摩擦角ϕ（。
）凝聚力C（MPa）IV级围岩22 300 1.5 0.32 29 0.35C30钢筋混凝土25 - 30 0.2 54 2.42根据《铁路隧道设计规范》，可计算出深埋隧道围岩的垂直均布力和水平均布力，见表2。
对于竖向和水平的分布载荷，其等效节点力分别近似取节点两相邻单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布载荷的总和。
自重载荷通过ANSYS程序直接添加密度施加。
隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向再置换为等效节点力，分解为水平竖直方向加载。
隧道偏压明洞在不同洞顶回填倾角下的受力分析
Ｒ Ａ ｎ － ｕ， Ｏ Ｇ Ｙ ｎ －ｉ ｇ Ｕ Ｎ Ｙｉｇ ｈ ｉＴ Ｎ ｏ ｇ ｊ ｎ ａ
（ ａ ｈ ｕ Ｃｔ ｒ ｆ ｎ ｅ ｔ ａ ｏ ｅｉｎＩ ｓ ｔｔ Ｔ ｉ ｏ １ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｔ ｉ ｏ ｉ Ｔ ａ ｃＩｖ ｓ ｇ ｔ ｎＤ ｓ ｔ ｕ ， ａｚ ｕ３ ８ ２ ， ｈ ｎ ） ｚ ｙ ｆ ｉ ｉ ｉ ｇ ｎ ｉ ｅ ｈ Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｎ ｌｚ ｈ ｏ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｉｓ ｏ ｅ ｕ ｎ ｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｏ ｆ ａ ｋ ｉ ｎ ｌ ， ｅ ｌ ａ － ｓｒ ｃ ： ｏ ａ ａ ｙ ｅｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆ ａ ｐ ｎ ｃ ｔｔ ｎ ｌ ｈ ｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｃ ｆ ｌａ ｇｅ ｔ ｏ ｄ ｉ ｂ ｕ ｗｉ ｆ ｒ ｂ ｌ ｈ ｓ ｕ ｔ ｒ ｄ ｌｉ ｓ ｔ ｐ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ａ ｄ ｓ ｆｔ ｆｂ ａ ｐ ｎ ｃ ｔｔ ｎ ｅ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｒ ｏ ａ ｋ ｉ ｎ ｌ ｓｃ ｌ ｔ ｃ ｕ ｅ ｍｏ ｅ ｓ ｅ ｎ ｈ ｏ ｃ ｎ ａ ｅｙ ｏ ｉ ｓ ｏ ｅ ｕ ｕ ｎ ｌｗ ｔ ｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｆ ｃ ｆ ｌａ ｇｅ ｉ ａ － ｒ ｕ ｈ ｆ ｂ ｌ ｃ ｌ ｔ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ，ｗ ｉｈ ｃ ｎ ｇ ｔｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆｉ ｎ ｒ ｖｄ ｅ ｅ ｅ ｃ ｏ ｈ ｏ ｃ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｏ ｕ ａｅ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｈ ｃ ａ ｅ ｈ ｏ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｔ ｉ ，ａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｆ ｒ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｆ ｏ ｂ ａ ｐ ｎ ｃ ｔｔ ｎ ｅ ｉ ｉ ｇ ｉ ｓｏ ｅ ｕ ｕ ｎ ｌｌ ｎ ． ｎ
连拱隧道的中隔墙受力分析
Ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ＆ Ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ 桥隧工程
连 拱隧道的中 隔 墙 受 力分
杜 华锋
ｆ 广 东 二 广 高 速 公 路 有 限 公 司 ．广 东 清 远 ５ １ ３ ２ ０ ０）
摘 要 ： 中隔墙 是 连拱 隧道 的 中枢 结 构 ，也 是 重 要 的 承 载 构 件 ，其 受 力情 况 直接 影 响 着 隧 道 的 稳 定性 和 安 全 性 。 通过 对 中
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ： Ｔ ｈｅ ｍｉ ｄ ｄ ｌ ｅ ｗａ ｌ ｌ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｐａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｒ ｃ ｈ ｔ ｕｎ ｎ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ｉ ｍｐｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｍｂｅ ｒ ，ｔ ｈｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｓ ｏ ｎ ｗｈｉ ｃ ｈ ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｉ ｍｐａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎｄ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ １ ．Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ
隧道结构变形与受力特征的稳定性有限元分析
0 引言随着中国市政交通设施的逐渐完善，城市轨道管理运营里程逐渐增加，在建筑施工过程中，公路隧道建设将成为城市轨道运营管理中不可或缺的一部分，然而在设计高水压隧道结构时，受到地质水文因素的影响，增加了隧道的开挖难度，为施工进程带来了施工隐患，因此对隧道结构变形与受力特征的稳定性分析成为当前市政施工的重点工程之一，为降低隧道结构变形，提高受力特征的稳定性，国内学者进行了大量的研究。
陈仁朋等[1]提出一种考虑围护结构变形影响的盾构隧道横向受力理论计算方法。
杨晓华等[2]提出一种基于钢管混凝土承载原理可快速施工的拼装型复式支护结构。
在模型试验的基础上，采用数值模拟的方法对不同埋深及不同地层条件下复式支护结构的承载性能进行了研究，认为复式支护结构在稍密、中密和密实砂卵石地层中均有良好的效果，在稍密地层中相较于锚喷支护可减少51.22%的地表沉降。
代树林等[3]利用MIDAS 有限元分析软件建立隧道数值模型，基于有限元强度折减法结合突变理论，以隧道失稳特征点位移和塑性应变数据为基础，通过失稳判据判断偏压隧道的稳定性情况。
汪坚等[4]对杭州某工程地上结构与地下结构合建段进行了研究，利用有限元分析方法探究了地上结构施工对合建地下结构受力变形影响，认为地上结构施工会引起地下结构水平位移在结构宽度方向上呈现先减小、再增大、最后再减小的变化趋势。
郑刚等[5]使用有限元程序ABAQUS 建立了精细化盾构隧道结构模型，考虑土体渗流场、应力场与隧道结构的耦合相互作用，开展了渗流-应力耦合的三维有限元数值模拟，分析了侵蚀空腔引起的隧道沉降、错台、张开以及管片混凝土塑性应变等，揭示了不同侵蚀空腔发展方向引起的隧道结构变形模式的差异，并结合侵蚀空腔引起的隧道周围土压力分布解释了产生该差异的原因。
基于此，本文以四川某市政隧道工程为例，通过利用通用软件ANSYS11.0建立有限元模型，对隧道的结构变形与受力特征的稳定性进行分析与研究，根据有限元分析的研究结果，可以有效地提供施工的安全性和稳定性，解决因富水区带来的施工隐患的问题，具有一定的推广价值。
隧道施工中,盾构法施工隧道的纵向受力分析
隧道施工中，盾构法施工隧道的纵向受力分析一、纵向变形分析纵向变形的原因大致有两种：1、由于外部荷载不均匀或地层不均匀引起的纵向：这种情况发生在高架道路荷载纵向荷载突变，或隧道所穿越的土层物理性能变化很大，如越江隧道的江、岸结合处;隧道站间下某些区段存在软弱下卧层等。
2、由于大桥线型刚度不匹配产生的纵向变形：在地震等偶然荷载作用下，教育工作井与隧道连接处，很容易发生不均匀沉降移位甚至断裂。
二、计算模型盾构法隧道模型化数十种的方法有很多种。
例如，将管片环和管片环接缝，分别用梁单元(或壳单元)和弹簧单元来模拟建立三次方模型;将一个管片环作为一个梁单元，管片环结合面的接缝作为弹簧单元，然后各自或进行模型化，最后把模块这些单元相互连接组成骨架模型等。
这样的三次方模型和骨架模型，都是对隧道进行相当细小的模型化，然后就可以对一个一个管片环进行研究，理论上比较准确，而且是可以变化调整的。
但是，炸桥盾构隧道通常是由成千上万的管片环组成，这些模型的单元数过于庞大，不确定风险因素必然增多，所以在概念设计上用的较少。
本文采用的是实践中常用的等效连续化模型。
该模型炸桥是将管片环与接头并不一一模型社会化，而是用纵向变形特性相似模拟一些梁单元来的隧道全长或某一区段的一种模型。
在轴力、弯矩作用下梁模型的轴向与相同荷载作用下隧道的轴线变形一致，由三、纵向计算影响风险因素结构物沉降的因素比较复杂，从土力学开始发展起，显现出来过各种计算方法，丝尾无限弹性空间理论、半无限大弹性平面假说、土财务压力直线分布法、基床系数法等，地下隧道变形的计算理论公司目前多采用“基床系数法”。
以上海黄浦江某越江隧道方案为例进行计算。
隧道外径为11000mm，内径为9900mm，管片环的宽度为1200mm，混凝土(C50)的弹性模量为34500N/mm2，根据考虑横断面影响的刚度折减法，计算时对抗弯刚度(EI)作0.7的折减。
塑性弹性刚度比α取0.0005，沿环向一维有24个为M36、8.8级的螺栓，螺栓长826mm，直径36mm，弹性模量为206000N/mm2，屈服应力为640N/mm2，极限应力为800N/mm2.1、隧道上荷载发生突变的情况No.22002温竹茵等盾构法铁路桥的纵向受力分析SPSTSPECIALSTRUCTURESNo.22002从计算弯矩图中可以看出，在岸边与江中荷载突变处隧道弯矩较大，在隧道与工作相连处弯矩也比周边弯矩大。
盾构隧道混凝土管片受力分析
２ ７ ２ ８
２ ９ ３ ０
１ ０ ４． ８ —１ ． ８ ４０
１ １ ０． ６ ８ ０ ．２
２ ．２ ７ ８ ２ ８ ７． ２
ｍｅ ｔｍｅ ｓ ｒ ｓｏ ｒ ｕ ｄ ａ ｅ ｎ ａ ｄ ｉｆｏ ｔｓ ｉｌ ｕ ｎ ｌｐ ｒ ｌ ｔ ｃ ｔ ｒｓ ｎ ａ ｅ ，ｓ ｍｓｕ ｈ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ ｅ ｐ ｒｅ ｃ ｙ ａ ａｙ ｎ ａ ｕ ｅ ｆｇ ｏ ｎ ｗ ｔ ｒａ ｄ ｓ ｎ ｎ ｗ ａ ｈ ｅ ｄ ｔ ｎ ｅ ｏｔ ｈ ｒ ｈ ｗａｅ ａ ｄ ｌｙ ｒ ｕ ｐ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｘ ｅ ｎ ｅ ｂ ｎ － ｌ ａ ｗｉ ｉ ｏ ｉ ｌ ｚｎ ｈ ｃ ｉ ｅ ｔ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｃｄ ｎｓ，Ｓ ｓ ｔ ｒ ｖｄ ｅ ｄ ｒ ｃｉｎ ｆ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅ ｇ ｏ ｎ ｗ ｔ ｒ ｎ ａ ｄ ｉｆｏ ｔ ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｔ ｅ ｓ ｉｌ ｎ Ｏ ａ ｏ ｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｉｅ ｔ ｏ ｒ ｖ ｎ ｉ ｈ ｒ ｕ ｄ ａ ｅ ｄ ｓ ｎ ｎ ｗ ａ ｎ ｅ ｒ ｌｉ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｈ ｅｄ ｔ － ｈ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｐｔ ｎ ｈ ｕ ｎ ｌｄ ｉ ｉ ｇ ｉ ｃ ｔｒａ ｄ ｓ ｎ ａ ｅ ． ｅ ｒ ｎ ｎ ｒ ｈ ｗａｅ ｎ ａ ｄ ｌ ｙ ｒ ｖ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｉｃ ａｅ ｎ ａ ｄ ｌｙ ｒ ｈ ｅｄ ｔ ｎ ｅ ，ｇ ｏ ｎ ｗａｅ ｎ ａ ｄ ｉ ｆ ｗ ａ ｏ ａ ｙ ｗｏ ｄ ：ｒ ｈ ｗ ｔｒａ ｄ ｓ ｎ ａ ｅ ，ｓ ｉ ｌ ｕ ｎ ｌ ｒ ｕ ｄ ｔ ｒａ ｄ ｓ ｎ ｎ ｏ ｔｐ ｒ ｌ ｌ ｔ
盾构隧道施工期衬砌管片受力特性及其影响分析
01 引言
03 问题陈述
目录
02 文献综述 04 研究方法
目录
05 结果与讨论
07 未来研究方向和问题
06 结论 08 参考内容
引言
盾构隧道是一种常见的地下工程建设形式，其施工期衬砌管片作为维持隧道 结构稳定性的关键组成部分，对于保障施工安全和后期运营具有重要意义。本次 演示将从盾构隧道施工期衬砌管片的受力特性及其影响分析的角度出发，探讨盾 构隧道施工期衬砌管片的力学行为和安全性。
2、衬砌管片的受力特性如何随 施工进程发生变化？
3、不同工况下衬砌管片的受力 特性有何差异？
4、衬砌管片的受力特性如何影 响隧道结构的稳定性？
研究方法
本次演示采用文献调研和数值模拟相结合的方法，对盾构隧道施工期衬砌管 片的受力特性及其影响进行分析。具体步骤如下：
1、通过文献调研了解盾构隧道施工期衬砌管片受力特性的研究现状和发展 趋势；
在接缝防水方面，由于水下大直径盾构隧道穿越的地质条件复杂，防水问题 一直是施工中的难点。接缝防水作为防水工程中的关键环节，对隧道的防水效果 起着至关重要的作用。因此，针对接缝防水技术的研究也是十分必要的。
为了更好地研究水下大直径盾构隧道管片衬砌力学特性及接缝防水问题，建 议采取以下措施：首先，在进行隧道设计时，应充分考虑隧道所处的地质环境、 水文条件等因素，选择适当的管片衬砌形式和材料；其次，在施工过程中，要严 格控制管片的生产、拼装和质量，确保接缝的施工质量；最后，针对防水材料和 工艺进行研究，选择适合水下环境的防水材料和工艺，提高隧道的防水性能。
随着城市化进程的加快，地下空间的开发利用越来越受到人们的。水下大直 径盾构隧道作为一种重要的地下交通设施，在提高城市交通能力和缓解交通压力 方面具有重要作用。然而，水下大直径盾构隧道施工难度大，易受水压、土压等 多种因素影响，因此，研究其管片衬砌力学特性及接缝防水问题具有重要意义。
隧道结构受力分析
隧道结构受力分析隧道结构受力分析是指对隧道结构在受到外力作用下的力学响应进行分析，以便确定隧道结构的强度和稳定性。
隧道结构受力分析需要考虑各种力的作用，包括自重、地表荷载、地震力、水力作用等等。
下面将对常见的隧道结构受力分析进行详细说明。
首先，隧道结构的自重会对其产生垂直方向的力。
根据隧道结构的形状和材料的密度，可以计算出隧道结构的单位长度自重。
在计算受力时，需要考虑隧道纵向的自重分布，以及隧道横截面的自重对结构产生的弯曲和剪切效应。
其次，地表荷载是指上方土层的重力作用所导致的力。
地表荷载会对隧道结构产生水平和垂直方向的力。
在受力分析中，需要考虑到地表荷载的分布和变化，以及土层的物理特性和力学参数。
对于隧道中地表上方存在的建筑物和交通载荷等附加荷载，也需要进行相应的计算和分析。
地震力是指地震发生时地壳的震动所产生的力。
地震力会对隧道结构产生水平和垂直方向的力。
在隧道结构的受力分析中，需要考虑到地震的级数、距离和方向，以及隧道结构的地震响应特性。
地震力对隧道结构的影响会引起结构的振动、位移和变形等，因此需要进行详细的分析。
水力作用是指水流对隧道结构产生的力。
对于水流较大的地下水位，需要考虑隧道结构的抗水压力。
根据隧道结构的形状和长度，可以计算出水流对隧道的压力。
在受力分析中，还需要考虑到水流的流动速度和方向，以及隧道结构的地下水位。
水力作用可能导致隧道结构的渗流和浸润，对结构的破坏产生重要影响。
此外，隧道结构还需要考虑到温度变化、地质变形和建筑物的载荷等因素。
温度变化会导致隧道结构的热膨胀和收缩，产生热应力。
地质变形包括岩体的压缩和断裂，会对隧道结构产生附加应力。
建筑物的载荷，如车辆的振动和行驶荷载，会对隧道结构产生动力荷载。
这些因素在受力分析中也需要进行考虑。
综上所述，隧道结构受力分析需要综合考虑自重、地表荷载、地震力、水力作用、温度变化、地质变形和建筑物载荷等因素的作用。
通过对这些因素的计算和分析，可以确定和评估隧道结构的强度、刚度和稳定性，为隧道的设计和施工提供科学依据。
高水压山岭隧道受力特性计算分析
力 。具有很 大的施 工风 险 。本 文 以福 建 省旗 山 隧道 下穿 水库 的 高水压段 为 工程 背景 ，通
过 对 高水压 隧道 的 围岩及 衬砌 结构 受 力特征 的 分析研 究 。得 出以下结论 ：高水 压 隧道在
采 用超 前帷 幕 注浆堵 水后 。可保证 在 高水压 、 围岩压 力共 同作 用 下的 围岩和 衬砌 结 构 的 安 全 ；不 同于普 通 山岭 隧道 。高水 压 隧道仰 拱 的弯矩 值 明显 大于拱 部 ，最 不利 位置 在拱
卸 压 情况 等 因 素 。 《 水 工 隧洞 设 计规 范 》建 议 的Ｂ 值详
见表１ 。
表１ 外 水 压 力 折减 系数
２ 工 程概 况
本文针 对 旗 山隧 道 进 口洞身 段 ，存在 一贯 穿 洞身 及
大北 斗水 库 的构 造裂 隙带 ，地下 水易 通过 构 造裂 隙带 渗
入隧 道 的特殊 情况 ，为防 止较大 的外 水压 力 导致 的突 水
衬 砌进 行 支护 。
衬砌 外水 压 力计算 表达 式为 ：
圈福 建 交 通 科 技２ ０ １ ３ 年 第 ４ 期
Ｐ ｐ ＾ ｙ Ｈ
图纸 的真 实尺 寸建 立 几何模 型 ，计 算 时 ，将 帷幕 注浆 区
的围岩 的荷载 释 放 系数按 照如 下 方式 释放 ：开挖 ： ６ ０ ％，初期 支护 ：４ ０ ％。荷载 主要 由 围岩和 初支 来承 担 ，
脚 和仰 拱 ，应对 仰拱加 强设计 。
关 键 词 高 水 压 隧 道 外 水随着 交通 事业 的 飞速发 展 ，在高 速公 路和 铁 路 的修 建 过程 中 。穿越 富水 区 的高水 压 山岭隧 道 日益 增 多 。以
往 修建 山岭 隧道 时 。对地 下水 “ 以排 为主 ”的方 案使 原 有 的地 下水 平衡 遭到 破坏 ，地 下水 流 失严 重 ，不仅在 施
ANSYS隧道结构受力实例分析
矿业软件与应用——Ansys考试试题学院：资源与安全工程学院指导老师： xxx姓名： xxx学号： xxxxxxxx时间： 2014年6月21日ANSYS隧道结构受力实例分析某隧道工程为三心拱隧道，隧道位于地表以下10米处，洞直径10米，其具体尺寸见下图。
根据工程地质勘探报告，岩土各参数为：密度为2700kg/m3，E=1.4×1010Pa，u=0.27，黏聚力c=2.72×106Pa，内摩擦角Φ=35°。
地面上主要为交通荷载，根据估计每米有2.5吨的荷载直接作用于地基上。
计算要求如下：（1）交通载荷已经存在。
（2）计算结果报告中包括约束条件、荷载；位移、Y方向应力等值线图，塑性区等结果。
进行力学特性分析。
（3）提供建模、计算过程地GUI命令。
操作过程一、创建物理环境⒈在“开始”菜单中选取“所有程序>ANSYS Product launcher”并点击；⒉选中File Management，在Working Directory栏输入工作目录“C:\Users\dell \李懿鑫”，在“Job Name”栏输入文件名“020*******”。
⒊单击“RUN”按钮，进入ANSYS的GUI操作界面。
⒋过滤图形界面：Main Menu>Preferences,弹出Preferences for GUI Filtering对话框，选中Structural来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤，如图1-1。
图1-1⒌定义工作标题：Utility Menu>File>Change Title，在弹出的对话框中输入020*******，单OK按钮，如图1-2。
图1-2⒍定义单元类型1）定义PLANE82单元：Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，单击Add按钮。
浅埋公路隧道开挖围岩及支护受力分析
赵家沟隧道 围岩级别 为 Ｖ ～Ⅳ级 ， 岩体破 碎 。隧 道进 、 口 出
沟谷 内没有 看 见有 水涌 出 ， 孔后 也没 有 发现 地 下水 。拟 钻 表 １
衬砌采用弹性模型 ， 隧道开挖采用空模 型。围岩、 喷浆 和支 护 结构的计算参数如表 １和表 ２参数单位均按照 国际单位 制。 ，
岩通常强度较低 ， 在开挖 后不 易形 成 自然拱 ， 很不 稳定 。文 中根 据邢汾 高速公 路赵 家沟 隧道 为研究对 象 ， 据其 依
勘察资料 ， 建立了四组埋 深不 同的隧道模型 ， 应用 Ｆ Ａ ３ Ｌ Ｃ 变 形进行对 比研究 ， 且对支护结构 进行 了受力 和变形 分析。明确了隧道 开挖过程 中的 围岩破 坏形式 、 并 易破坏部位 和支护 的作用 ， 以及埋深与应力和位移 的关 系。
【 关键词 】 浅埋 ； 隧道 ； ； 公路 受力 变形 ； 衬砌 ； 锚杆 【 中图分类号】 Ｕ ４ ９ 【 文献标识码】 Ｂ
０ 引言
【 文章编号】 １０ — ８４２ １）４— １５ ０ ０１ ６６ （０１０ ０１ — ３
修建公路隧道 的进 出 口处 地势平缓 ， 没有明显的偏压 。
韩
倩等 ： 浅埋公路隧道开挖 围岩及支护受力分析
ｌ５ １
浅 埋 公 路 隧道 开挖 围岩 及 支 护 受 力分 析
韩 倩 ， 纪万 金
３ ００ ） ０ ４ １ （ ｌ ＇业大 学土木 工程学院 ， 天津 河ｆ ｒ ｂ
【 摘
要】 随着我国的经济发展， 山区的交通迅猛发展， 修建的浅埋公路隧道越来越多。浅埋公路隧道的围
进行了简化 ， 隧道分 为了上部隧 道和下部仰 拱两部 分 ， 隧道
直 方向应力 、 剪切 应力 、 向位 移 、 砌锚 杆 受力 。Ｆ Ａ ３ 竖 衬 Ｌ ＣＤ 有 一定的计算特 征 ： 采 用混 合离 散法 来模 拟 材料 的 塑性 ① 破 坏 和 塑 性 流 动 ， 比 有 限 元 法 ， 为 准 确 和 合 理。 对 更 ＦＡ ３ Ｌ Ｃ Ｄ程 序即使模拟的是静 态系统 ， 也会采 用动态运 动方 程， 使得模 拟不稳定过程更 准确
工程力学在隧道施工过程中的力学分析
工程力学在隧道施工过程中的力学分析隧道施工是一项复杂而重要的工程活动，它涉及到许多力学原理和分析方法。
工程力学在隧道施工中的应用可以帮助工程师们更好地理解和解决施工过程中的力学问题，确保隧道的安全和稳定。
首先，工程力学可以用来分析隧道施工中的土体力学问题。
在隧道施工过程中，土体的力学性质对隧道的稳定性和安全性起着至关重要的作用。
通过工程力学的方法，工程师可以确定土体的强度参数，如黏聚力和内摩擦角，从而计算土体的稳定性。
此外，工程力学还可以用来分析土体的变形和沉降情况，以及土体与隧道结构之间的相互作用。
这些分析结果可以帮助工程师们预测和控制施工过程中可能出现的土体力学问题，从而保证隧道的施工质量和安全性。
其次，工程力学可以用来分析隧道结构的力学行为。
隧道结构的设计和施工需要考虑到各种力学因素，如荷载、应力、变形等。
通过工程力学的方法，工程师可以计算隧道结构的受力情况，确定结构的强度和稳定性。
例如，在隧道施工过程中，工程师需要考虑到地下水的压力对隧道结构的影响。
通过工程力学的分析，工程师可以计算出地下水的压力分布，并确定隧道结构的抗水能力。
此外，工程力学还可以用来分析隧道结构的变形和挠度情况，以及结构与周围土体的相互作用。
这些分析结果对于隧道结构的设计和施工具有重要的指导意义。
此外，工程力学还可以用来分析隧道施工中的地震力学问题。
地震是一种常见的自然灾害，对隧道的安全性和稳定性有着重要的影响。
通过工程力学的方法，工程师可以计算地震荷载对隧道结构的影响，并确定结构的抗震能力。
此外，工程力学还可以用来分析地震引起的地下水位变化和土体液化等问题，预测地震对隧道施工过程的影响。
这些分析结果对于隧道的设计和施工具有重要的意义，可以提高隧道的抗震能力，减少地震灾害对隧道的影响。
综上所述，工程力学在隧道施工过程中的力学分析起着重要的作用。
通过工程力学的方法，工程师们可以更好地理解和解决施工过程中的力学问题，确保隧道的安全和稳定。
隧道结构受力分析(提交)
《工程结构破坏过程数值试验》题目名称：隧道开挖支护结构受力分析姓名：XXX班级：XXX学号： XXX指导教师：XXX日期：XXX《工程结构破坏过程数值试验》课程编号：课程名称：工程结构破坏过程数值试验学生班级：学号：目录：1.题目 02.问题描述 03.数值分析对象，计算目的和拟解决的关键问题 (1)4.软件扼要介绍；确定运用的模型及其参数。
(1)5.计算模型边界条件与初始条件 (2)6.模拟荷载及荷载的动态变化 (5)7.确定计算的收敛评判依据 (7)8. 考察各环节简化的合理性 (7)9.模型中与水的相互作用 (7)10. 求解运算 (7)11.确定后处理方法或反分析 (8)12.数值分析结果 (11)1.题目隧道开挖支护结构受力分析2.问题描述选取某新建铁路线上的隧道断面，该断面采用的支护结构如图1所示。
为保证结构的安全性，采用了载荷-结构模型。
主要参数如下：⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm；⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料；⑶隧道围岩是IV级，洞跨是5.36m，深埋隧道；⑷隧道仰拱下承受水压，水压0.2MPa。
图1 隧道支护结构断面图隧道围岩级别是IV级，其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表1。
表1 C30钢筋混凝土的物理力学指标根据《铁路隧道设计规范》，可计算出深埋隧道围岩的垂直均布力和水平均布力，见表2。
对于竖向和水平的分布载荷，其等效节点力分别近似取节点两相邻单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布载荷的总和。
自重载荷通过ANSYS程序直接添加密度施加。
隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向再置换为等效节点力，分解为水平竖直方向加载。
3.数值分析对象，计算目的和拟解决的关键问题为了保证隧道施工和运行时间的安全性，必须对隧道结构进行受力分析。
由于隧道结构是在地层中修建的，其工程特性、设计原则及方法与地面结构是不同的，隧道结构的变形受到周围岩土体本身的约束。
隧道结构受力分析
隧道结构受力分析摘要：选取宜昌（宜）—万州（万）铁路线上的别岩槽隧道某断面为研究背景，在隧道施工和运行期间，为了保证隧道的安全性，对隧道结构进行受力分析显得极其重要。
结果表明：当前对隧道支护结构体系按照载荷—结构模型进行演算，按照此模型设计的隧道支护结构偏于保守。
关键词：结构受力；载荷—结构模型；有限元分析1研究背景选取宜昌（宜）—万州（万）铁路线上的别岩槽隧道某断面，该断面设计单位采用的支护结构如图1所示。
为保证结构的安全性，采用了载荷-结构模型，利用ANSYS对其进行计算分析。
主要参数如下：①隧道腰部和顶部衬砌厚度是65cm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm。
②采用C30钢筋混凝土为衬砌材料。
③隧道围岩是Ⅳ级，洞跨是5.36m，深埋隧道。
④隧道仰拱下承受水压，水压0.2MPa。
⑤隧道围岩级别是Ⅳ级。
2 ANSYS分析从图2中可以看出，弹簧26、31、30、32、33和34是受拉的，因为用来模拟隧道结构与围岩间相互作用的地层弹簧只能承受压力，所以这6根弹簧必须去掉，再重新计算，直到结构变形图中没有受拉弹簧为止。
最后经过3次反复分析计算，终于得到没有受拉弹簧时的隧道结构模型，如图3所示。
其对应的分析计算隧道衬砌支护结构变形图如图4所示。
3 结论1）对围岩与支护结构相互作用的处理上，大致有3种做法。
一是主动载荷模型，二是主动载荷加被动载荷模型，三是实际载荷模型；2）作用在隧道衬砌上的载荷分为主动载荷和被动载荷，进行ANSYS隧道结构受力分析时，一般要计算以下几种隧道荷载，一是围岩压力，二是支护结构自重，三是地下水压力，四是被动载荷；图1隧道支护结构断面图FIG. 1 Section of tunnel support structure图2初次分析计算隧道衬砌支护结构变形图FIG. 2 Deformation diagram of tunnel lining support structure calculated by initial analysis图3最后隧道结构模型图FIG. 3 Final tunnel structure model diagram图4最终隧道结构变形图FIG. 4 Final tunnel structure deformation diagram4 参考文献(References)：[1]李雪,张玉申,耿翱鹏,耿凤娟,吴九七.大直径越江盾构隧道结构受力现场实测分析[J].地下空间与工程学报,2022.[2]刘登新.外水作用下水工隧道衬砌结构受力分析[J].水利科技与经济,2022.[3]刘芳. 基于MADIS GTS的隧道衬砌结构受力分析[J].中国公路,2022.。
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《工程结构破坏过程数值试验》
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《工程结构破坏过程数值试验》
课程编号：
课程名称：工程结构破坏过程数值试验
学生班级：
学号：
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1.题目0
2.问题描述0
3.数值分析对象，计算目的和拟解决的关键问题2
4.软件扼要介绍；确定运用的模型及其参数。
2
5.计算模型边界条件及初始条件3
6.模拟荷载及荷载的动态变化7
7.确定计算的收敛评判依据9
8. 考察各环节简化的合理性9
9.模型中及水的相互作用10
10. 求解运算10
11.确定后处理方法或反分析11
12.数值分析结果15
1.题目
隧道开挖支护结构受力分析
2.问题描述
选取某新建铁路线上的隧道断面，该断面采用的支护结构如图1所示。
为保证结构的安全性，采用了载荷-结构模型。
主要参数如下：
⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm；
⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料；
⑶隧道围岩是IV级，洞跨是5.36m，深埋隧道；
⑷隧道仰拱下承受水压，水压0.2MPa。
图1 隧道支护结构断面图
隧道围岩级别是IV级，其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表1。
表1 C30钢筋混凝土的物理力学指标
表2 载荷计算表
根据《铁路隧道设计规范》，可计算出深埋隧道围岩的垂直
均布力和水平均布力，见表2。
对于竖向和水平的分布载荷，其等效节点力分别近似取节点两相邻单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布载荷的总和。
自重载荷通过ANSYS程序直接添加密度施加。
隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向再置换为等效节点力，分解为水平竖直方向加载。
3.数值分析对象，计算目的和拟解决的关键问题
为了保证隧道施工和运行时间的安全性，必须对隧道结构进行受力分析。
由于隧道结构是在地层中修建的，其工程特性、设计原则及方法及地面结构是不同的，隧道结构的变形受到周围岩土体本身的约束。
从某种意义上讲，围岩也是地下结构的载荷，同时也是结构本身的一部分。
因此，不能完全采用地面结构受力分析方法来对隧道结构进行分析。
当前，对隧道支护结构体系一般按照载荷—结构模型进行演算，按照此模型设计的隧道支护结构偏于保守。
再借助于有限元软件实现对隧道结构的受力分析。
4.软件扼要介绍；确定运用的模型及其参数。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国
际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。
本次模拟运用模型为载荷—结构模型。
载荷—结构模型虽然都是以承受岩体松动、崩塌而产生的竖向和侧向主动压力为主要特征，但在对围岩和支护结构相互作用的处理上，大致有三种做法：（1）主动荷载模型（2）主动荷载加被动荷载（弹性抗力）模型（3）实际荷载模型。
隧道结构设计一般采用主动荷载加被动荷载模型，作用在隧道衬砌上的荷载分为主动荷载和被动荷载。
主要参数如下：
⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm；
⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料；
⑶隧道围岩是IV级，洞跨是5.36m，深埋隧道；
⑷隧道仰拱下承受水压，水压0.2MPa。
5.计算模型边界条件及初始条件
图2 单元类型库对话框
定义单元类型为“beam3单元”。
图3 定义隧道腰部和顶部BEAM3实常数1对话框
隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA：0.65、惯性矩IZZ：0.022885417、高度HEIGHT：0.65；
图4 定义隧道腰部和顶部BEAM3实常数2对话框隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA：0.85、惯性矩IZZ：0.05117833、高度HEIGHT：0.85
图5 COMBIN14实常数对话框（1）创建隧道衬砌支护关键点：
表3 关键点坐标
关键点
号
X Y Z关键点
号
X Y Z 100054.02 5.50
20 3.85064.9 3.850
30.88 5.5074.900
4 2.4
5 6.150
⑵创建隧道衬砌支护线模型
图6 画弧线对话框
分别在图6栏中依次输入3.21，2，3，6；2.22，3，4，6；2.22，4，5，2；3.21，5，6，2；8.13，6，7，2；6，7，1，4。
最后单击OK按钮生成隧道衬砌支护线模型。
图7 隧道衬砌支护线模型
图8 隧道支护单元图
图9 定义弹簧单元对话框
图10 添加弹簧单元后的单元网格图
6.模拟荷载及荷载的动态变化
⑴给弹簧单元施加约束
图11 为节点施加位移约束对话框
⑵施加重力加速度
图12 施加重力加速度对话框
⑶对隧道衬砌支护施加围岩压力
图13 施加节点力对话框
⑷对隧道仰拱施加水压
节点18：FX=-161803，FY=70381，节点19：FX=-182309，FY=50101；节点20：FX=-198904，FY=13093；节点21：FX=0；FY=125960；节点22：FX=13093，FY=182309；节点23：FX=182309，FY=50101；
节点24：FX=161803，FY=70381。
最后得到施加约束和载荷后隧道衬砌支护结构模型图：
图14 施加约束和载荷后隧道结构模型
7.确定计算的收敛评判依据
（1）模型——主要是结构刚度的大小；
（2）线性算法（求解器）；
（3）非线性逼近技术；
（4）加快计算速度；
（5）荷载步的设置直接影响到收敛。
8.考察各环节简化的合理性
将隧道结构简化为载荷—结构模型中的主动荷载和被动荷载模型，此模型认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载，而且由于围岩及支护结构的相互作用，还会对支护结构施加约束反力。
该模型广泛应用于我国铁路隧道，并且在实使用中，它基本能反映出支护结构的实际受力情况。
计算荷载阶段只考虑围岩压力、
支护结构自重、地下水压力、围岩的弹性抗力，其他荷载不予考虑。
9.模型中及水的相互作用
隧道模型及水环境之间的作用链，包括水环境对于隧道工程作用以及隧道工程对于水环境作用两方面。
其中水环境对其作用主要是隧洞涌，漏水及承受水压力。
在含水层开挖隧道，因其洞顶有着一定程度的地下水，导致隧道洞中产生突水以及涌水现象，而后进行的隧道衬砌承受水的静水压力。
而隧道工程对于水环境的反作用则导致隧道洞顶环境灾害。
隧道的涌排水则使得地下水逐步排干，水文地质条件不断恶化，地下水位持续下降，地下漏斗不断扩展，导致洞顶的地表水资源枯竭，水环境平衡被破坏，最终引发生态环境恶化甚至地面塌陷等自然灾害。
10.求解运算
图15 求解选项信息
图16 当前求解载荷步对话框
11.确定后处理方法或反分析
后处理的目的是以图和表的形式描述计算结果，对于隧道结构的受力分析，很重要的一点就是进入处理器后，观察结构受力变形图，根据弹簧单元只能受压的性质，去掉受拉弹簧，在进行求解，随后再观察结构受力变形图，看有没有受拉弹簧；如此反复，知道受力图形中再无受拉弹簧为止。
这时，就得到隧道结构受力分析的正确结果，进去后处理器，绘出隧道支护结构的变形图、弯矩图、轴力图和剪力图，列出各单元的内力和位移值，以及输出结构的变形图和内力图。
图17 没有受拉弹簧时的隧道结构模型图
图18 初次分析计算隧道衬砌支护结构变形图
图19 第二次分析计算隧道衬砌支护结构变形图
图20 最后隧道衬砌支护结构变形图
图21 结构弯矩图（单位：N.m）
图22 结构剪力图（单位：N）
图23 结构轴力图（单位：N）12.数值分析结果
（1）列表显示各节点的位移
图24 节点位移列表
图25 节点数据文件（2）列表显示单元的弯矩，剪力和轴力
图26 单元表数据。