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乌鞘岭隧道破碎段岩体的受力机理分析研究

作 者: 蔺虎平
导 师: 谢永利
学 校: 长安大学
专 业: 桥梁与隧道工程
关键词: 破碎岩体 隧道开挖与支护 弹塑性有限元 数值模拟
分类号: U451.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 43次
引 用: 1次
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内容摘要


随着我国地下空间开发和利用的快速发展,各种地下工程项目日益增多。在地下工程开挖过程中,围岩发生变形,产生一系列裂隙或者裂缝,并在一定条件下,导致地下工程失稳破坏。因此,对地下结构围岩进行稳定性分析具有十分重要的工程实际意义。由于地质条件以及地下工程本身的复杂性,利用理论解析的方法进行工程稳定的分析和计算已经受到了限制。近年来,数值分析方法的不断发展以及计算机技术的突飞猛进,数值方法已成为地下工程围岩稳定性分析的有力工具。本文采用弹塑性有限元方法,对隧洞开挖与支护进行模拟,通过对支护进行结构分析,来分析隧道支护的力学性能。通过工程实例进行数值分析,对计算结果与实测结果进行比较,得出了如下结论:通过对工程实例进行数值分析,与实测结果比较吻合,验证了本文所用方法和模型的合理性,平面应变和梁单元组成的组合结构模型及本文选取的各种参数可以较好的反映隧道开挖和支护的受力和变形性能。计算结果与量测结果相近,因此计算结果可作为选择施工方案的依据和指导施工。通过对具体难点工程实际应用表明,有限元数值分析在隧道施工中加固区厚度的选取、预处理方案的验证和开挖方案的比选等方面都能够起到很好的参考和应用作用。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 稳定性研究综述  10-12
    1.2.2 围岩稳定性分级  12-13
  1.3 破碎岩体围岩稳定性研究方法  13-16
    1.3.1 围岩稳定分析的基本步骤  13-14
    1.3.2 围岩失稳的研究方法  14-16
  1.4 研究思路与研究内容  16-17
    1.4.1 本文研究思路  16
    1.4.2 本文主要研究内容  16-17
第二章 乌鞘岭隧道工程地质条件  17-29
  2.1 研究区地理位置和自然地理条件  17-18
  2.2 研究区地质特征  18-21
    2.2.1 地层状况  18-19
    2.2.2 地质构造  19-20
    2.2.3 岩浆岩  20-21
  2.3 水文地质条件  21
    2.3.1 地下水补-迳-排条件  21
    2.3.2 地下水水化类型  21
  2.4 岩体结构调查  21-23
    2.4.1 隧道进出口工程地质条件  21
    2.4.2 隧道洞身工程地质条件  21-23
  2.5 隧道涌水量估算  23-26
    2.5.1 渗透系数计算  23-24
    2.5.2 隧道涌水量估算  24-26
  2.6 地应力测试  26-27
  2.7 本章小结  27-29
第三章 破碎岩体围岩破坏机理研究  29-34
  3.1 引言  29-30
  3.2 地下工程围岩的破坏机理  30
  3.3 影响地下工程结构围岩稳定性的主要因素  30-31
    3.3.1 地质环境方面的自然因素  30-31
    3.3.2 工程活动造成的人为因素  31
  3.4 地下工程失稳判据分析  31-33
    3.4.1 失稳判据  31-32
    3.4.2 失稳判据的综合应用  32-33
  3.5 研究区岩石质量的RMR法评价  33
  3.6 本章小结  33-34
第四章 破碎岩体围岩受力数值模拟与分析  34-57
  4.1 引言  34-35
  4.2 隧道开挖与支护的有限元分析准备  35-41
    4.2.1 本文所依托的乌鞘岭隧道第六标段工程概况  35-36
    4.2.2 隧道开挖的施工方案  36-37
    4.2.3 有限元本构模型的选取  37-39
    4.2.4 计算假定和支护参数设定  39-40
    4.2.5 模拟方案确定  40-41
  4.3 开挖过程仿真的模拟  41-56
    4.3.1 初始地应力的模拟  43-44
    4.3.2 采用上下台阶法开挖的模拟  44-47
    4.3.3 采用单侧壁导坑法(CRD工法)开挖的模拟  47-54
    4.3.4 不同开挖方案的模拟结果分析整理  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 模拟结果与监测数据的对比分析  57-66
  5.1 模拟结果的进一步分析  57-59
    5.1.1 开挖方法的确定  57-58
    5.1.2 围岩稳定性分析  58-59
  5.2 乌鞘岭隧道施工监测的目的与监测数据的处理分析  59-64
    5.2.1 乌鞘岭隧道施工监测的目的  59-61
    5.2.2 乌鞘岭隧道现场监测数据的处理分析  61-64
  5.3 现场监控量测结果与数值模拟结果对比分析  64-65
    5.3.1 水平收敛  64
    5.3.2 拱顶沉降  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 结论与展望  66-67
  6.1 结论  66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-70
致谢  70

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道结构理论 > 隧道围岩理论
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