本文關鍵詞：基于流固耦合隧洞的有限元分析及其仿真

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【摘要】：近年來,由于我國在西部地區(qū)交通和水利工程項目比較多,積累了豐富的施工經(jīng)驗,在隧道與地下工程技術上已取得階段性的發(fā)展。隧道與地下工程有著不同于地面建筑的工程復雜性。造成地下隧洞工程復雜性的因素主要有:一是爆破、初期支護等施工人為因素;二是地應力、巖溶、地下水等一系列復雜的地質自然條件。其中作為自然因素之一的地下水是引起隧道安全隱患、施工困難和超支預算費用的主要原因。然而將滲流視為非耦合問題來研究,盲目簡化計算會使計算結果產(chǎn)生較大的偏差。因此考慮流固耦合隧洞滲流影響問題的研究具有重要意義。本文對隧洞施工期的圍巖應力應變進行了分析;基于ANSYS建立了兩種方案(即有水量交換和無水量交換)下的施工期隧洞滲流計算模型并進行了滲流分析,分析了兩種方案下,不同地下水位與滲流量的變化關系;分析了隧洞施工期滲流場單向耦合作用下圍巖應力應變的特點。結果表明:有限元計算得到的隧洞應力應變符合一般規(guī)律,兩種滲流計算模型方案的滲流量隨著地下水位的上升也基本呈線性增加的形式。滲流和應力耦合時,滲流破壞了施工期隧道工程原有位移場和應力場的對稱性,改變了其位移和應力的分布規(guī)律,此外,隧道右側邊墻和底板之間的應力和位移均較大,應關注此區(qū)域的應力變化來確保隧洞的結構安全。
【關鍵詞】：隧洞 流固耦合 滲流 有限元
【學位授予單位】：青海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U452.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-13
• 1.3 研究目標13
• 1.4 本文的研究內(nèi)容13
• 1.5 本文的創(chuàng)新點13-14
• 第2章 隧洞圍巖本構模型14-25
• 2.1 隧洞圍巖彈塑性理論基礎14-16
• 2.1.1 圍巖材料屈服準則14
• 2.1.2 圍巖材料硬化規(guī)律14-15
• 2.1.3 圍巖材料流動規(guī)則15-16
• 2.2 Mor-Coulomb模型16-22
• 2.2.1 Mor-Coulomb屈服準則16-17
• 2.2.2 ANSYS二次開發(fā)工具UPFs17-18
• 2.2.3 用應力不變量表示Mor-Coulomb屈服準則18-20
• 2.2.4 Mohr-Coulomb屈服準則的彈塑性矩陣20-22
• 2.3 隧洞巖土Drucker-Prager屈服準則22-24
• 2.4 本章小結24-25
• 第3章 隧洞初期支護圍巖有限元分析25-37
• 3.1 某小型電站隧洞工程簡介25-26
• 3.1.1 水文氣象條件25-26
• 3.1.2 引水線路工程地質條件26
• 3.2 隧洞計算模型及方案26-31
• 3.2.1 隧洞有限元模型及其材料參數(shù)選取28-29
• 3.2.2 隧洞圍巖初始地應力模擬29-30
• 3.2.3 基于ANSYS“生死單元技術”模擬開挖過程30-31
• 3.3 施工期隧洞圍巖應力應變分析與討論31-36
• 3.4 本章小結36-37
• 第4章 隧道施工期滲流有限元分析37-51
• 4.1 隧洞圍巖地下滲流問題及求解目標37-38
• 4.2 基于ANSYS對隧洞滲流分析的理論基礎38-41
• 4.2.1 ANSYS模擬分析滲流場38-41
• 4.2.2 基于ANSYS確定浸潤線和逸出點41
• 4.3 隧洞工程滲流求解模型41-42
• 4.4 兩種方案的隧洞滲流場分析42-47
• 4.5 隧洞滲流場影響因素的分析與討論47-49
• 4.6 本章小結49-51
• 第5章 滲流對隧洞圍巖工程的耦合分析51-59
• 5.1 流固耦合理論提出51
• 5.2 隧道地下工程流固影響機理51-53
• 5.3 巖體流固耦合模型分類53-54
• 5.4 基于ANSYS滲流對地下工程的耦合方法54-58
• 5.4.1 隧洞滲流場—應力場耦合求解過程55
• 5.4.2 基于單向耦合作用應力應變結果分析及討論55-58
• 5.5 本章小結58-59
• 第6章 結論與展望59-62
• 參考文獻62-66
• 致謝66-67
• 作者簡歷67

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