發(fā)布時間：2017-06-25 03:03

  本文關鍵詞：考慮流固耦合的水下隧道力學特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,我國在鐵路及公路工程的建設中修建了大量的水下隧道,截止2013年底,我國已建成各類水下隧道總長達1萬多公里。在水下隧道的建設中,最小覆蓋層厚度對隧道工程施工方法、工程造價及工程穩(wěn)定性等具有重要影響。本文以蘭州市軌道交通1號線迎門灘~馬灘區(qū)間穿越黃河(穿黃)隧道工程為背景,通過數(shù)值計算及經(jīng)驗公式估算并結合工程實際,確定了該工程的最小覆蓋層厚度,在此基礎上,模擬分析了該工程的應力場、位移場和滲流場的分布規(guī)律及特性,主要研究成果包括:(1)采用日本海底隧道經(jīng)驗公式、挪威經(jīng)驗曲線及國內(nèi)頂水采煤經(jīng)驗公式,分別計算了蘭州市軌道交通1號線穿黃隧道的最小覆蓋層厚度;建立了有限元分析模型,模擬分析了覆蓋層厚度分別為18.1m、19.1m、20.1m、21.1m、22.1m、23.1m和24.1m7種工況下的隧道滲流場分布特性,在此基礎上,結合工程實際,確定了穿黃隧道的最小覆蓋層厚度為22.1m。(2)建立了流固耦合的有限元分析模型,模擬分析了穿黃隧道的滲流場、位移場和應力場的分布規(guī)律。研究結果表明:(1)滲流場方面:隧道開挖前,孔隙水壓力從上至下依次增大呈層狀分布,開挖后孔隙水壓力從上到下依次增大呈漏斗狀分布,并隨開挖進尺的增大孔隙水壓力逐漸減小。(2)位移場方面:隨著隧道開挖進尺的不斷推進,水平位移及豎向位移增量不斷減小并逐漸趨于穩(wěn)定,總體來看,各關鍵點的水平位移和豎向位移值都比較小。(3)應力場方面:隧道開挖前,豎向有效應力和水平向有效應力都呈左右對稱分布;隧道開挖后,洞室周圍豎向有效應力最大值區(qū)域分布在拱頂上方;左右拱腰和拱頂處水平有效應力值最大,隨著開挖進尺的增大,最大值分布區(qū)域逐漸減小。(3)選擇盾構管片在拱頂、左右拱腰及拱底處的4個關鍵點,對隧道力學特性進行分析研究,研究結果表明:(1)各關鍵點的豎向位移隨開挖進尺增大而增大;拱頂處關鍵點豎向位移最大,左右拱腰處關鍵點豎向位移最小;(2)各關鍵點的水平位移隨開挖進尺增大而增大;左右拱腰處關鍵點水平位移最大,呈左右對稱分布,拱底處關鍵點水平位移最小;(3)各關鍵點豎向有效應力隨開挖進尺增大而增大,豎向有效應力在拱頂處最大,左右拱腰處最小;(4)各關鍵點水平有效應力隨開挖進尺增大而增大,豎向有效應力在左右拱腰處最大,拱底處最小。總體來說,各關鍵點的位移值和應力值都較小。
【關鍵詞】：水下隧道 最小覆蓋層厚度 流固耦合
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U451;U459.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 滲流理論研究10-11
• 1.2.2 隧道注漿研究11-12
• 1.2.3 隧道流固耦合理論及應用研究12-14
• 1.2.4 水下隧道最小覆蓋層厚度研究14-15
• 1.2.5 盾構隧道穩(wěn)定性研究15-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 2 滲流理論及流固耦合方程17-32
• 2.1 滲流理論及方程17-22
• 2.2 微分方程及邊界條件22-24
• 2.3 滲流勢函數(shù)及流函數(shù)24-26
• 2.4 滲流力和臨界坡降26-28
• 2.5 流固耦合原理及基本方程28-30
• 2.5.1 概述28
• 2.5.2 有限元法基本方程28-29
• 2.5.3 有效應力原理29-30
• 2.5.4 流固耦合基本方程30
• 2.6 本章小結30-32
• 3 水下隧道最小覆蓋層厚度的確定32-41
• 3.1 地下水對圍巖體的影響32-34
• 3.1.1 水壓力作用32-33
• 3.1.2 圍巖穩(wěn)定性影響33-34
• 3.2 水下隧道最小覆蓋層厚度的確定方法34-39
• 3.2.1 水下隧道覆蓋層厚度的主要影響因素34-36
• 3.2.2 水下隧道最小覆蓋層厚度的確定方法36-39
• 3.3 本章小結39-41
• 4 穿黃隧道最小覆蓋層厚度確定41-60
• 4.1 工程背景41-47
• 4.1.1 工程概況41-42
• 4.1.2 水文地質情況42-44
• 4.1.3 施工工藝流程44-47
• 4.2 基于有限元法的最小覆蓋層厚度確定47-57
• 4.2.1 模型建立47-50
• 4.2.2 計算結果分析50-57
• 4.3 最小覆蓋層厚度確定57-58
• 4.3.1 經(jīng)驗公式法確定最小覆蓋層厚度57-58
• 4.3.2 結果比較分析58
• 4.4 本章小結58-60
• 5 考慮流固耦合的穿黃隧道圍巖穩(wěn)定性分析60-80
• 5.1 數(shù)值模擬方案60-62
• 5.1.1 計算模型基本假定60-61
• 5.1.2 計算模型建立61-62
• 5.2 計算結果及分析62-78
• 5.2.1 滲流場分析62-64
• 5.2.2 應力場分析64-67
• 5.2.3 位移場分析67-71
• 5.2.4 支護結構受力分析71-77
• 5.2.5 塑性區(qū)分析77-78
• 5.3 本章小結78-80
• 結論與展望80-82
• 致謝82-83
• 參考文獻83-87
• 攻讀學位期間的研究成果87

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本文編號：480484