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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。

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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