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地铁暗挖隧道在施工过程中的围岩受力特性分析

作　者: 高玉伟
导　师: 吴献
学　校: 东北大学
专　业: 结构工程
关键词: 隧道围岩变形稳定性数值模拟
分类号: U451.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 36次
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内容摘要

为探索新的生存空间,近年来地下工程发展迅猛,给结构工程、岩石力学和工程地质人员提供了新的研究方向和研究重点。地下工程随着采矿、水电、交通和国防工程等建设规模的日益扩大而发展到了新的阶段。在这些大规模的地下工程中,考虑工程地质、水文地质条件、地下结构类型、尺寸及开挖、支护等施工影响,围岩与结构相互作用及其变形与破坏机理研究、支护理论与技术的发展,反演理论的出现和反馈设计方法的运用等,都在大型地下工程的发展中起到了重要作用,取得了很大的社会效益和经济效益。在各种大型地下工程所遇到的岩石力学问题中,设计计算理论的不断创新和施工工艺的日益完善,为地下工程的设计、施工方案的优化、工程岩体的变形预测、工程结构物的功能弱化及丧失,超前估算和预报提供了必要的手段。基于经验和科学建立起来的隧道及地下工程,其设计水平的提高,最终仍将依赖于理论上的发展和突破。随着国家经济和国防建设事业的迅猛发展,各种规模宏大、结构复杂的岩石地下工程构筑物的大规模兴建,将有力地推动着岩土工程学科与技术的进步。本文以沈阳地铁2号线11标段暗挖隧道为工程依托,首先对隧道围岩变形特性进行总结,分析影响其变形特征的因素,归纳破坏特征；第二,通过现场实测数据结合计算机数值模拟,得出沈阳地铁暗挖区间隧道围岩在其相应的支护参数情况下的变形及稳定特征；最后,通过对此隧道研究的总结分析,得出相关问题的研究结论及建议,为今后类似工程的建设提供参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 研究背景和研究意义  10
  1.2 隧道围岩特性的研究现状  10-20
    1.2.1 围岩变形的研究  10-19
    1.2.2 围岩稳定性的研究  19-20
    1.2.3 关于本构模型的研究  20
  1.3 论文研究的主要内容和技术路线  20-22
    1.3.1 研究内容  20
    1.3.2 技术路线  20-22
第二章围岩特性理论  22-31
  2.1 影响隧道围岩稳定性的因素  22-24
    2.1.1 地质及地质结构  22-23
    2.1.2 地应力  23
    2.1.3 岩体力学性质因素  23
    2.1.4 工程因素  23
    2.1.5 地下水因素  23-24
    2.1.6 时间因素  24
  2.2 围岩的失稳判据  24-27
    2.2.1 围岩强度判据  25
    2.2.2 围岩极限应变判据  25
    2.2.3 围岩向洞内收敛位移及收敛比  25-26
    2.2.4 研究围岩稳定性时惯性思维  26-27
  2.3 隧道变形的影响因素和表现形式  27
  2.4 隧道施工过程中的力学性态  27-31
    2.4.1 围岩的初始应力状态  28
    2.4.2 隧道开挖后围岩的二次应力状态  28-29
    2.4.3 围岩支护后的应力状态和稳定后的应力状态  29-31
第三章地下洞室非线性有限元理论  31-44
  3.1 非线性问题分类  31-33
    3.1.1 材料非线性  31-32
    3.1.2 几何非线性  32
    3.1.3 状态变化非线性  32-33
  3.2 弹塑性问题的本构方程  33-34
  3.3 岩体的屈服准则和流动法则  34-39
    3.3.1 Tresca屈服准则  34-35
    3.3.2 Mises屈服准则  35
    3.3.3 Mohr-Coulomb准则  35-36
    3.3.4 基于MC(DP)的三参数复合型屈服准则  36-38
    3.3.5 流动法则(正交定律)  38-39
  3.4 非线性有限元分析  39-43
    3.4.1 弹塑性非线性有限元  39-40
    3.4.2 非线性方程组求解  40-42
    3.4.3 "向后欧拉"算法及一致性弹塑性矩阵  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章工程实例和计算机数值模拟  44-91
  4.1 工程实例  44-60
    4.1.1 工程地质、水文地质概况  44-45
    4.1.2 施工过程简介  45-49
    4.1.3 监测数据分析和处理  49-59
    4.1.4 监测结果影响因素分析  59-60
  4.2 MIDAS/GTS简介  60-61
  4.3 模拟计算准备  61-65
    4.3.1 浅埋的判断  61
    4.3.2 计算参数的确定  61-62
    4.3.3 计算简化  62-64
    4.3.4 单元和工况连续计算  64-65
  4.4 模拟计算过程  65-89
    4.4.1 模型的建立  65-67
    4.4.2 加载和求解  67-77
    4.4.3 模拟结果对比  77-89
  4.5 施工反馈控制措施  89-91
第五章结论与展望  91-93
  5.1 结论  91
  5.2 展望  91-93
参考文献  93-99
致谢  99-100
个人简介  100

地铁暗挖隧道在施工过程中的围岩受力特性分析

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