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引汉济渭工程控制闸枢纽围岩稳定性研究

作　者: 林耿耿
导　师: 徐千军
学　校: 清华大学
专　业: 水利工程
关键词: 围岩稳定失稳判据地下洞室有限元法
分类号: TV223
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来地下工程的建设发展迅速，早已成为现代土木建设中的重要组成部分。然而与之对应的工程规范及科学研究还相对滞后，特别是关于地下洞室围岩稳定性的分析和评判，已有的分析评判方法均难以有效地运用于工程实践。工程实践中急需一套围岩稳定评判方法，能有效地分析数值方法成果并得出直观的结论。本文对陕西省引汉济渭工程控制闸枢纽洞室群围岩稳定分析课题展开了全面的研究。文中首先回顾了围岩稳定分析方法及失稳判据的研究现状，并对课题中的工程概况及地质条件进行了介绍，然后根据勘察与监测资料选取合适的岩体力学计算参数，确定工程计算区初始地应力场，采用基于Drucker-Prager准则的弹塑性本构关系，运用有限元分析软件ABAQUS进行工程实例的开挖过程及支护方案模拟，并通过对应力、变形的计算结果进行分析，同时建立三个失稳判据来确定进入屈服的区域，评判围岩的整体及局部稳定性。控制闸模型计算结果表明：闸室与交通洞、闸室与输水洞、闸室与三岔连接洞的交叉处有应力、应变集中的现象；施加喷锚支护后，大部分围岩的位移，塑性应变、拉应力都有所减少；位移，塑性应变，基本上随开挖步的进行逐渐增长；开挖某部分围岩，对附近的围岩稳定影响较大；总体为三河口闸室的应力状况较好、黄三段闸室次之、越岭段闸室较差。本文有限元模型中采用剪切滑移计算支护阻力的方法，将支护阻力以径向压力形式加载在隧洞开挖后的内临空面上，模拟喷锚支护效果。通过对比分析无支护开挖工况和有支护开挖工况下围岩的应力、变形情况，证明基于剪切滑移计算方法的支护模拟方法是可行的，但支护力对各应力应变参数的变化影响较小，没有很好地体现出支护体系应有的作用，故对于等效支护力的计算和取值可以做一些改进。用应力、应变分析围岩稳定的评判过程，是通过对每个开挖步及每个状态参数大量计算结果的整理和评估，全面综合评价围岩的各局部稳定性。但对于已量化的数据尚无法进行稳定或不稳定的有效界定，无法从计算结果中判定围岩是否失稳，只能指示出应力、应变、位移较大或进入屈服的岩体分布范围，并在工程设计及施工中特别留意这些局部地区，并进行重点防护。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-22
  1.1 研究背景及意义  8-15
    1.1.1 工程概况  9-11
    1.1.2 工程地质条件  11-15
  1.2 国内外研究现状  15-20
    1.2.1 地下洞室围岩稳定分析方法  15-17
    1.2.2 地下洞室围岩稳定评判方法  17-18
    1.2.3 基于安全系数的围岩稳定分析新进展  18-20
  1.3 主要研究内容  20-22
    1.3.1 建立控制闸枢纽的弹塑性有限元模型  20
    1.3.2 基于模型计算结果分析评价洞室围岩稳定性  20
    1.3.3 绘制应力及变形随开挖步进行的变化曲线  20-21
    1.3.4 建立基于洞周围岩变形的判别指标  21-22
第2章围岩稳定的分析方法  22-39
  2.1 围岩稳定的应力分析原理  22-32
    2.1.1 弹性力学基本方程  22-23
    2.1.2 弹塑性本构关系  23-32
  2.2 喷锚支护模拟的剪切滑移计算方法  32-35
  2.3 分析工具  35-37
  2.4 安全评判指标的建立  37-38
  2.5 本章小结  38-39
第3章控制闸枢纽有限元分析模型  39-58
  3.1 地下工程有限元模型的特点  39-40
  3.2 几何模型和有限元网格  40-47
  3.3 模型分析计算流程  47
  3.4 本工程岩体物理力学参数  47-49
  3.5 初始地应力场  49-52
  3.6 分期开挖的模拟  52-54
  3.7 本工程的支护模拟  54-57
    3.7.1 本工程支护方案  54-55
    3.7.2 控制闸支护力计算结果  55-57
  3.8 本章小结  57-58
第4章围岩稳定分析成果  58-78
  4.1 基于应力、变形的分析结果  58-76
    4.1.1 无支护条件下的应力、变形分析成果  58-61
    4.1.2 支护条件下的应力、变形分析成果  61-68
    4.1.3 应力及变形随开挖步进行的变化过程  68-76
  4.2 基于安全评判指标的分析结果  76-77
    4.2.1 抗拉失稳判据分析结果  76
    4.2.2 抗压失稳判据分析结果  76
    4.2.3 塑性应变失稳判据分析结果  76-77
  4.3 本章小结  77-78
第5章结论与展望  78-81
  5.1 主要结论  78-80
    5.1.1 围岩稳定分析与评判方法的主要结论  78
    5.1.2 控制闸枢纽工程围岩稳定总体评价  78-79
    5.1.3 控制闸枢纽工程的一些建议  79-80
  5.2 有待进一步研究的工作  80-81
参考文献  81-83
致谢  83-85
附录 A 有限元分析成果附图  85-121
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  121

引汉济渭工程控制闸枢纽围岩稳定性研究

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