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海底隧道合理顶板厚度的研究
作 者: 董晓莉
导 师: 谭云亮;顾士坦
学 校: 山东科技大学
专 业: 工程力学
关键词: 海底隧道 顶板厚度 工程类比 数值模拟 流-固耦合
分类号: U459.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 15次
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内容摘要
海底隧道的岩石顶板厚度,对修建隧道的安全和费用起着重要的作用。合理岩石顶板厚度的确定是海底隧道修建中一项重要的研究课题,具有重要的理论和实践意义。本文选取胶州湾海底隧道LK5+650断面为研究对象,对这个问题进行研究。(1)岩石力学试验结果表明:研究断面的基岩为坚硬岩石,并且得到了基岩的岩石物理力学参数。(2)广泛收集和分析国内外海底隧道相关资料,总结出了确定岩石顶板厚度的经验方法:挪威经验法、日本最小用水量法、国内顶水采煤经验公式。通过工程类比分析,初步确定胶州湾海底隧道LK5+650断面的顶板厚度范围为28m-36.5m。(3)在2种边界条件和11种不同的顶板厚度的工况下,运用FLAC3D软件对隧道进行涌水量分析。不透水边界计算出的渗流量偏小,透水边界计算出的渗流量偏大,将二者进行加权平均取值。结果表明:隧道涌水量大小与岩石顶板厚大致呈抛物线关系,涌水量存在一个最小值。最小涌水量所对应的岩石顶板厚度34m,结合工程类比法,岩石顶板厚度的取值范围为34m-36.5m。(4)取10种不同的顶板厚度,运用FLAC3D软件围岩的稳定性进行数值模拟。结果表明:如果围岩稳定性判据选用主应力扰动范围,则各种工况条件下都能满足要求。以相邻2种工况同一位置的位移收敛和变化作为判据,分析表明岩石顶板厚度为34m是合理的。(5)在顶板厚度取34m的基础上,进一步进行流-固耦合分析。结果表明:考虑渗流作用时,围岩的位移、主应力大小以及分布范围都有所增大,但是幅度很小,围岩仍是安全稳定的,因此岩石顶板厚度取34m是安全的。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-11 1 绪论 11-18 1.1 研究背景及意义 11-12 1.2 相关问题研究现状 12-16 1.3 主要研究内容及技术路线 16-18 2 胶州湾海底隧道岩石力学试验和岩石顶板厚度的工程类比分析 18-38 2.1 工程地质概况 18-20 2.2 岩石物理力学性质试验 20-28 2.3 工程类比分析 28-37 2.4 本章小结 37-38 3 基于最小涌水法的海底隧道合理顶板厚度研究 38-54 3.1 三维快速拉格朗日法的基本原理 38-42 3.2 不同顶板厚度下涌水量计算模型的建立 42-44 3.3 涌水量与顶板厚度关系分析 44-51 3.4 渗透系数对顶板厚度确定的影响 51-53 3.5 本章小结 53-54 4 不同顶板厚度下隧道围岩弹塑性数值模拟 54-69 4.1 本构关系 54-56 4.2 弹塑性计算模型的建立 56-59 4.3 弹塑性计算结果分析 59-68 4.4 本章小结 68-69 5 流—固耦合对合理顶板厚度确定的影响 69-77 5.1 流-固耦合计算原理 69-70 5.2 流-固耦合计算模型与参数 70-71 5.3 流-固耦合计算结果分析 71-76 5.4 本章小结 76-77 6 结论与展望 77-79 6.1 主要结论 77-78 6.2 主要创新点 78 6.3 不足与展望 78-79 致谢 79-80 攻读硕士期间主要成果 80-81 参考文献 81-84
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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 各种隧道 > 水底隧道
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