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新奥法理论分析及工程应用研究

作　者: 王红伟
导　师: 李砚波
学　校: 天津大学
专　业: 土木与建筑工程
关键词: 新奥法施工有限元模拟工程应用
分类号: U455
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

新奥法作为一种目前国内隧道及地下工程普遍推广应用的工程方法,其原理与内容的科学合理性得到工程广泛认同。本文主要对新奥法隧道的施工原理进行分析,介绍了新奥法施工的方式和施工过程,阐述了其中涉及到的有限元基本原理,用有限元程序模拟隧道的施工开挖,并通过广州地铁晓-江区间隧道等工程实例进行具体说明,应用有限元程序计算了隧道在开挖过程中的应力和变形,并对变形的规律进行分析。本文共由四部分组成,第一部分主要介绍了新奥法实质和隧洞设计计算理论,并阐述了其中可能存在的问题;第二部分对新奥法支护理论和支护方法进行了研究,对围岩和衬砌的应力及变形进行分析,并阐述了锚喷支护作用机理;第三部分介绍了新奥法的详细施工过程,阐述了施工过程中有限元模拟的实现方法;第四部为新奥法在实际工程中的应用,通过工程实例介绍有限元模拟的实现,并通过施工实际监测结果和有限元计算结果的比较,分析隧道开挖过程中围岩及支护的变形规律。

全文目录

第一章绪论  8-14
  1.1 新奥法应用概述  8-9
    1.1.1 新奥法的产生  8
    1.1.2 新奥法在我国的发展  8-9
  1.2 进行此项研究的意义  9-12
    1.2.1 隧道建设的大发展  9-10
    1.2.2 新奥法的优点和特点  10-11
    1.2.3 以往的研究中存在的问题  11-12
  1.3 本文的研究内容及研究方法  12-14
    1.3.1 课题的研究内容  12
    1.3.2 论文的主要思想及研究方法  12-14
第二章新奥法实质及其设计理论和方法  14-44
  2.1 新奥法实质  14-18
    2.1.1 新奥法基本原理  14-15
    2.1.2 新奥法基本内容  15-16
    2.1.3 新奥法的特点及适用范围  16-17
    2.1.4 新奥法实施中存在的问题及解决情况  17-18
  2.2 新奥法设计计算理论及方法  18-20
    2.2.1 新奥法设计计算理论  18-19
    2.2.2 新奥法设计计算方法  19-20
  2.3 新奥法支护理论及支护计算方法  20-44
    2.3.1 锚喷支护作用原理  20-23
      2.3.1.1 喷层的力学作用  21-22
      2.3.1.2 锚杆的力学作用  22-23
    2.3.2 锚杆设计与计算  23-28
      2.3.2.1 支护均质层状软岩  23-25
      2.3.2.2 支护块状围岩  25-26
      2.3.2.3 加固裂隙围岩  26-28
    2.3.3 喷射混凝土设计与计算  28-32
      2.3.3.1 支护危岩  28-31
      2.3.3.2 支护软弱围岩  31-32
    2.3.4 喷锚支护  32-44
      2.3.4.1 结构承载力计算方法  33-36
      2.3.4.2 支护抗力计算法  36-44
第三章新奥法施工过程及其有限元模拟  44-57
  3.1 新奥法的施工过程  44-48
    3.1.1 新奥法的开挖方式  44-47
    3.1.2 新奥法施工工序  47
    3.1.3 新奥法开挖程序的选择  47-48
  3.2 新奥法施工过程的模拟及其有限元的实现  48-57
    3.2.1 新奥法施工过程的模拟  49-52
      3.2.1.1 新奥法有限元计算过程及思路  49-50
      3.2.1.2 公式的推导  50-51
      3.2.1.3 开挖过程的模拟  51-52
      3.2.1.4 支护的模拟方式  52
    3.2.2 计算程序的选择  52-53
    3.2.3 2D－σ弹塑性静态分析的基本过程  53-55
      3.2.3.1 2D－σ简介  53-54
      3.2.3.2 2D－σ建模步骤  54-55
      3.2.3.3 2D－σ的加载和求解  55
      3.2.3.4 2D－σ计算结果的查看  55
    3.2.4 计算范围的确定及离散方法  55-56
    3.2.5 边界条件  56-57
第四章工程实例分析及其有限元模拟的实现  57-76
  4.1 广州地铁晓－江区间隧道工程概况  57-59
    4.1.1 工程简介  57-58
      4.1.1.1 位置及规模  57
      4.1.1.2 工程结构形式  57
      4.1.1.3 工程的主要特点  57-58
    4.1.2 工程环境  58
    4.1.3 工程地质及水文地质  58-59
      4.1.3.1 工程地质  58-59
      4.1.3.2 水文地质  59
      4.1.3.3 工程地质评价  59
  4.2 平面有限元计算模型  59-62
    4.2.1 相关假设  59-60
    4.2.2 计算参数  60-61
    4.2.3 有限元网格  61-62
  4.3 平面有限元计算结果分析  62-64
  4.4 现场监控量测及数据处理  64-70
    4.4.1 量测必要性  64-65
    4.4.2 量测目的  65-66
    4.4.3 量测项目  66
    4.4.4 量测布置  66-67
    4.4.5 量测数据  67-70
  4.5 数据分析及其与有限元计算结果的比较  70-76
    4.5.1 拱顶下沉  70-71
    4.5.2 锚杆轴力  71-72
    4.5.3 围岩与支护接触面的压力  72-73
    4.5.4 衬砌内力  73-74
    4.5.5 围岩与混凝土接触面上的围岩节点合位移值  74-75
    4.5.6 结论  75-76
第五章结论及展望  76-77
  5.1 本文的主要研究成果及结论  76
  5.2 对进一步工作的展望  76-77
参考文献  77-79
致谢  79

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