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喜儿沟水电站调压井沉井施工过程中应力变形分析

作 者: 潘峰
导 师: 党发宁
学 校: 西安理工大学
专 业: 岩土工程
关键词: 沉井 砂卵砾石层 应力 变形 有限元
分类号: TV223.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 78次
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内容摘要


沉井作为一种基础形式,具有施工占地面积小、适用土质范围广、施工深度大、对周围环境影响小以及施工费用低等优点,在地下构造物和深基础方面有着极广泛的应用。然而,由于岩土工程的复杂性以及沉井结构在施工中的不确定性,如何保证沉井在不同地质条件下安全、顺利的下沉已成为工程界的难点,至今没有成熟的理论和数值模拟可以借鉴。随着沉井普遍的应用于工程建设中,对特殊地质条件下沉井施工的研究显得尤为重要。本文基于上述研究背景,以喜儿沟水电站调压井沉井结构为研究对象,重点分析了下沉至不同深度时沉井井壁及刃脚的受力和变形情况,并提出合理的开挖建议,以确保沉井结构在施工期的安全。由于该水电站调压井沉井拟建在深厚的覆盖层中,覆盖层里的孤石数量多、体积大,给沉井的安全施工带来巨大困难。针对这一特点,本文分若干个典型工况分别分析施工期沉井下沉中可能遇到的情况。主要研究内容如下:①针对覆盖层中,孤石位置分布以及数量的不确定性,可将沉井刃脚下方的支撑形式分为几种情况来考虑(沉井刃脚由均质土体支撑、沉井刃脚由一至三块孤石及土体共同支撑),在此基础上分析刃脚下方土体的开挖量对沉井结构的受力影响。②考虑到沉井在下沉过程中可能会出现整体偏移,从而沉井井壁与四周的土体会出现部分的脱空情况。因此,在计算中进行了井壁与周围土体的脱空模拟,并分析了下沉过程中不同脱空面积下沉井结构的受力变形情况。③进行了沉井周边砂卵砾石层的摩擦系数敏感性分析,对比了不同摩擦系数下,沉井位移与应力的变化规律。本文采用ANASYS有限元软件进行数值模拟,所提出的计算方法、思路和计算成果,可以作为其它同类工程的参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1.绪论  8-17
  1.1 沉井施工技术概述  8-13
    1.1.1 沉井的特点及用途  8-9
    1.1.2 沉井的分类和构造  9-13
  1.2 国内外沉井施工技术研究现状  13-15
  1.3 研究背景和意义  15-16
  1.4 本论文主要研究讨论的问题  16-17
2.沉井三维有限元计算本构模型与计算软件  17-30
  2.1 非线性弹性模型  17-20
  2.2 弹塑性模型  20-27
    2.2.1 屈服准则  20-21
    2.2.2 加卸载准则  21-22
    2.2.3 流动法则  22
    2.2.4 硬化定律  22-23
    2.2.5 弹塑性本构方程的一般表达式  23-24
    2.2.6 弹塑性本构关系的矩阵化  24-27
  2.3 静力计算本构模型的选取  27-28
  2.4 有限元计算软件简介  28-30
3 喜儿沟水电站调压井沉井工程概况与计算条件  30-40
  3.1 工程概况  30-31
  3.2 工程地质条件  31-34
  3.3 计算条件与计算工况  34-40
    3.3.1 计算区域与坐标的选取  34-35
    3.3.2 接触单元的设置与单元网格划分  35-36
    3.3.3 计算用材料参数  36-38
    3.3.4 约束条件与计算工况  38-40
4 沉井施工期三维有限元计算结果  40-84
  4.1 初始自重应力场  40-41
  4.2 沉井施工期三维有限元数值模拟结果  41-69
    4.2.1 均质地层时沉井施工过程三维数值模拟结果  42-53
    4.2.3 刃脚下有两块孤石且井壁1/4脱空时沉井施工过程三维数值模拟结果  53-57
    4.2.4 刃脚下有三块孤石时沉井施工过程三维数值模拟结果  57-61
    4.2.5 刃脚下有三块孤石且井壁1/4脱空时沉井施工过程三维数值模拟结果  61-65
    4.2.6 刃脚下有三块孤石且井壁1/2脱空时沉井施工过程三维数值模拟结果  65-69
  4.3 沉井施工过程地层摩阻力敏感性分析  69-84
    4.3.1 均质地层摩擦系数为0.575时沉井施工过程三维数值模拟结果  69-73
    4.3.2 含孤石地层摩擦系数为0.575时沉井施工三维数值模拟结果  73-77
    4.3.3 均质地层摩擦系数为0.475时沉井施工三维数值模拟结果  77-80
    4.3.4 含孤石地层摩擦系数为0.475时沉井施工三维数值模拟结果  80-84
5 结论与展望  84-86
  5.1 主要研究结论  84-85
  5.2 不足与展望  85-86
致谢  86-87
参考文献  87-89
附录  89

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水工勘测水工设计 > 地基基础及其加固 > 岩石性质及其测定
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