本文選題：地下工程　切入點：收斂-約束原理　出處：《湖南大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：地下工程作為現(xiàn)代工程中的重要領域之一,其主要特征表現(xiàn)為在已賦存的應力場中通過開挖、支護等工序形成結構。地下結構不僅承受周邊地層的變形荷載,同時其變形也受到地層的限制約束。而目前地下結構設計中,通常采用以經(jīng)驗圍巖分級為主,以數(shù)值模擬得到其應力和應變分布為輔的設計方法。與地面結構設計方法中穩(wěn)定表征指標的成熟性相比,本文針對現(xiàn)代地下結構設計方法中缺乏物理意義明確的表征指標不足之處,結合收斂-約束原理來開展研究。基于收斂-約束原理的地下結構穩(wěn)定性分析方法,該方法主要涉及到地層、支護兩方面。地層方面由于賦存環(huán)境及巖體力學變形機理復雜而難于確切判斷,因此利用圍巖特性曲線描述開挖后周邊地層的力學機理和變形特性;而支護結構構建方面則(多數(shù)以錨桿、噴射混凝土以及鋼架等支護材料進行構建)相對比較固定。本文根據(jù)收斂-約束的基本原理及重要因素,具體研究內容如下:首先,根據(jù)國內外已有的研究成果,較為全面地闡述了收斂-約束原理的基本原理、主要構成因素、研究現(xiàn)狀及其發(fā)展歷史。以經(jīng)典的圓形洞室進行彈塑性分析,選取力學開挖效應滿足Mohr-Coulomb準則的Kastner公式及Duncan公式構建圍巖特性曲線方程。其次,分析支護結構中支護單元對圍巖的作用機制以及各自相應的力學特性,構建了聯(lián)合支護中錨噴支護的支護特征曲線,確定了錨噴支護的聯(lián)合剛度方程、最大支護壓力方程及支護特征方程。再有,在構建圍巖收斂曲線和支護特征曲線的前提下,綜合考慮除兩者之外的其他收斂-約束原理的構成因素,依據(jù)荷載和圖示原理導出地下結構的穩(wěn)定系數(shù)。通過工程實例對新方法的實現(xiàn)過程進行了展示。分析了圍巖力學參數(shù)變化對兩者穩(wěn)定系數(shù)的影響,對比了各自穩(wěn)定系數(shù)的差異性。最后,開展室內模型試驗工作。進行了模型相似材料配比設計、強度分析、不同地層類型的模擬、地層開挖后應力-應變分布情況的量測等工作,結合理論對實測所得數(shù)據(jù)進行了分析驗證。
[Abstract]:As one of the most important fields in modern engineering, underground engineering is characterized by the formation of structures by excavation and support in existing stress fields. At the same time, the deformation is also restricted by the strata. At present, in the design of underground structures, the classification of the surrounding rock is usually used as the main method. The numerical simulation results show that the distribution of stress and strain is complementary to the design method, and compared with the maturity of the stability index in the design method of ground structure, In this paper, aiming at the lack of clear physical representation index in modern underground structure design method, combined with convergence constraint principle, the stability analysis method of underground structure based on convergence constraint principle is studied. The method mainly involves two aspects: stratum and support. It is difficult to judge exactly because of the complex existing environment and mechanical deformation mechanism of rock mass, so the surrounding rock characteristic curve is used to describe the mechanical mechanism and deformation characteristics of surrounding strata after excavation. However, the construction of supporting structure (most of which are constructed by bolting, shotcrete and steel frame) is relatively fixed. According to the basic principle and important factors of convergence-constraint, the specific research contents are as follows: first, According to the existing research results at home and abroad, the basic principle of convergence-constraint principle, the main composing factors, the present research situation and its development history are expounded in detail. The elastoplastic analysis of classical circular cavern is carried out. The Kastner formula and Duncan formula of mechanical excavation effect satisfying Mohr-Coulomb criterion are selected to construct the characteristic curve equation of surrounding rock. Secondly, the mechanism of supporting unit acting on surrounding rock and their respective mechanical properties are analyzed. The supporting characteristic curve of bolting and shotcreting in combined support is constructed, and the joint stiffness equation, maximum support pressure equation and supporting characteristic equation of bolting and shotcreting support are determined. Furthermore, under the premise of constructing convergence curve and supporting characteristic curve of surrounding rock, Taking into account the composition of the principle of convergence and constraint in addition to the two, According to the principle of load and diagram, the stability coefficient of underground structure is derived. The realization process of the new method is demonstrated by an engineering example, and the influence of the change of mechanical parameters of surrounding rock on the stability coefficient of both is analyzed. The differences of their stability coefficients are compared. Finally, the laboratory model tests are carried out. The design of similar material ratio, the strength analysis, the simulation of different strata types are carried out. The measurement of the stress-strain distribution after the excavation of the stratum is analyzed and verified by combining the theory with the measured data.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU457

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本文編號：1634711