本文關(guān)鍵詞：土質(zhì)隧道開(kāi)挖誘發(fā)圍巖應(yīng)力與變形解析研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：圍巖壓力的性質(zhì)、大小與分布規(guī)律是合理進(jìn)行隧道支護(hù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇施工方案的重要依據(jù)。在保證圍巖穩(wěn)定的同時(shí)又允許其有一定程度的變形,使圍巖內(nèi)部應(yīng)力得到調(diào)整從而發(fā)揮其自承載能力,進(jìn)而減小襯砌結(jié)構(gòu)的厚度。本文針對(duì)土質(zhì)隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖變形與圍巖壓力問(wèn)題,利用解析分析與數(shù)值仿真方法進(jìn)行了研究,取得如下主要研究成果:1)基于圓形隧道開(kāi)挖圍巖土體力學(xué)分析模型,利用應(yīng)力函數(shù)法,獲得了考慮圍巖支護(hù)壓力、圍巖土體物理力學(xué)參數(shù)與隧道幾何參數(shù)影響的圍巖應(yīng)力和位移解析解。圍巖拱頂處徑向應(yīng)力沿深度會(huì)出現(xiàn)極小值點(diǎn),該極值點(diǎn)與洞頂之間為釋放應(yīng)力的主要分布區(qū)域,即開(kāi)挖擾動(dòng)區(qū)。給出了不同支護(hù)壓力下洞頂處開(kāi)挖擾動(dòng)區(qū)的邊界,曲線表明隨著支護(hù)壓力的增大,圍巖開(kāi)挖擾動(dòng)區(qū)減小。2)基于圍巖位移解析解,獲得了地表沉降槽解析公式。利用解析表達(dá)式獲得了隧道內(nèi)壁的支護(hù)壓力、圍巖土體物理力學(xué)參數(shù)與隧道幾何參數(shù)對(duì)地表中心點(diǎn)和地表沉降槽范圍的影響規(guī)律。聯(lián)合隧道圍巖應(yīng)力解析解與Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則,獲得了考慮塑性應(yīng)力重分布影響的塑性區(qū)邊界解析解。提出了臨塑支護(hù)壓力的概念,即當(dāng)塑性區(qū)邊界為開(kāi)挖面時(shí),對(duì)應(yīng)的均布內(nèi)支撐力,并給出了臨塑支護(hù)壓力的解析表達(dá)式。利用塑性區(qū)解析解獲得了隧道內(nèi)壁的支護(hù)壓力、圍巖土體物理力學(xué)參數(shù)與隧道幾何參數(shù)對(duì)塑性區(qū)邊界大小與分布的影響規(guī)律,并與Kastner解進(jìn)行了對(duì)比分析。3)利用土質(zhì)隧道開(kāi)挖地層變形的模型試驗(yàn)結(jié)果,分析評(píng)價(jià)了隧道開(kāi)挖數(shù)值仿真模型,對(duì)比結(jié)果表明,基于土的應(yīng)力路徑本構(gòu)關(guān)系建立的隧道開(kāi)挖數(shù)值仿真模型,較好地模擬了土質(zhì)隧道開(kāi)挖模型試驗(yàn)的地層變形規(guī)律。基于數(shù)值方法,采用土的應(yīng)力路徑本構(gòu)模型進(jìn)行不同隧道埋深、隧道半徑的數(shù)值分析。數(shù)值結(jié)果表明,當(dāng)隧道洞頂處埋深與隧道半徑之比大于7倍時(shí),隧道無(wú)支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)洞頂豎向位移值與隧道埋深無(wú)關(guān),與隧道半徑和圍巖土體力學(xué)參數(shù)有關(guān)。4)利用彈性理論和數(shù)值仿真模型相結(jié)合的方法,得到了隧道無(wú)支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)拱頂處豎向位移表達(dá)式。聯(lián)合隧道圍巖應(yīng)力解析解與Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則獲得了圍巖彈性、彈塑性變形的拐點(diǎn),基于數(shù)值方法對(duì)拐點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)修正,獲得了圍巖變形壓力公式,公式可為隧道開(kāi)挖系統(tǒng)方案的制定、技術(shù)措施的實(shí)施提供科學(xué)支撐。
【關(guān)鍵詞】：土質(zhì)隧道 圍巖變形壓力 臨塑支護(hù)壓力 開(kāi)挖擾動(dòng)區(qū) 圍巖塑性區(qū)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U451
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 選題背景及研究意義9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-20
• 1.2.1 圍巖變形壓力的研究方法與現(xiàn)狀11-18
• 1.2.2 圍巖塑性區(qū)研究方法與現(xiàn)狀18-20
• 1.3 論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)20
• 1.4 本章小結(jié)20-21
• 第2章 圍巖應(yīng)力和變形的彈性解析21-43
• 2.1 圍巖應(yīng)力和位移解析解21-27
• 2.1.1 圍巖分析力學(xué)模型21-25
• 2.1.2 圍巖應(yīng)力和位移的解析解25-27
• 2.2 圍巖應(yīng)力的解析分析27-32
• 2.2.1 圍巖應(yīng)力的分析27-30
• 2.2.2 圍巖擾動(dòng)區(qū)30-32
• 2.3 圍巖位移的解析分析32-41
• 2.3.1 圍巖位移的分析33-35
• 2.3.2 地表沉降槽的分析35-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 第3章 隧道圍巖塑性區(qū)解析分析43-67
• 3.1 隧道圍巖塑性區(qū)43-48
• 3.1.1 Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則43-44
• 3.1.2 臨塑內(nèi)支撐力44-47
• 3.1.3 圍巖塑性區(qū)解析解47-48
• 3.2 圍巖塑性區(qū)影響因素分析48-53
• 3.2.1 內(nèi)支撐力影響48-49
• 3.2.2 圍巖土體物理力學(xué)參數(shù)的影響49-52
• 3.2.3 隧道幾何參數(shù)的影響52-53
• 3.3 考慮塑性重分布的隧道圍巖塑性區(qū)53-55
• 3.3.1 塑性重分布區(qū)的圍巖應(yīng)力53
• 3.3.2 考慮塑性重分布的隧道圍巖塑性區(qū)53-55
• 3.4 考慮塑性重分布的隧道圍巖塑性區(qū)影響因素分析55-60
• 3.4.1 內(nèi)支撐力影響55-56
• 3.4.2 圍巖土體物理力學(xué)參數(shù)的影響56-59
• 3.4.3 隧道幾何參數(shù)的影響59-60
• 3.5 算例分析60-65
• 3.5.1 隧道開(kāi)挖有限元模型60-61
• 3.5.2 圍巖土體物理力學(xué)參數(shù)的影響61-63
• 3.5.3 隧道幾何參數(shù)的影響63-65
• 3.6 本章小結(jié)65-67
• 第4章 土質(zhì)隧道圍巖變形壓力研究67-93
• 4.1 隧道開(kāi)挖過(guò)程數(shù)值模型的建立67-73
• 4.1.1 隧道開(kāi)挖的核心科學(xué)問(wèn)題67-69
• 4.1.2 土的應(yīng)力路徑本構(gòu)模型69-73
• 4.1.3 隧道開(kāi)挖過(guò)程數(shù)值模擬73
• 4.2 隧道無(wú)支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)位移73-78
• 4.2.1 不同埋深下隧道無(wú)支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)位移73-75
• 4.2.2 不同半徑下隧道無(wú)支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)位移75-76
• 4.2.3 不同等向壓縮指數(shù)下隧道無(wú)支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)位移76-78
• 4.3 隧道圍巖無(wú)支護(hù)穩(wěn)定狀態(tài)位移公式78-82
• 4.3.1 彈性理論位移公式78-80
• 4.3.2 考慮等向壓縮指數(shù)的位移公式80-82
• 4.4 隧道圍巖變形壓力82-90
• 4.4.1 彈性變形階段83-85
• 4.4.2 彈塑性變形階段85
• 4.4.3 基于數(shù)值方法的圍巖變形壓力85-90
• 4.5 本章小結(jié)90-93
• 結(jié)論與展望93-95
• 參考文獻(xiàn)95-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文101-103
• 致謝103

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本文編號(hào)：473320