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地铁隧道斜穿活动地裂缝时扭转变形破坏解析解研究

作　者: 黄伟
导　师: 胡志平
学　校: 长安大学
专　业: 岩土工程
关键词: 地铁隧道扭转变形破坏解析解初参数数值模拟
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 23次
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内容摘要

地铁隧道在斜穿活动地裂缝时处于弯、剪、扭的复杂受力状态,针对扭转破坏,目前的规范及规程并未有马蹄形截面结构的抗扭设计方法,而地铁隧道的抗扭设计没有相应的规定和依据。为了研究地铁隧道在地裂缝处偏心集中扭矩M=Pe和围岩摩擦分布扭矩m共同作用下的扭转变形破坏解析解,本文基于薄壁杆件自由扭转和约束扭转理论,提出任意截面形状的地铁隧道在偏心集中扭矩M=Pe和摩擦分布扭矩m作用下的一般解析解,针对于一般解析解的复杂,提出更为方便实用的“初参数”法解析解。利用“初参数”法分别按偏心集中扭矩M=Pe、摩擦分布扭矩m和二者共同作用三种工况对箱型、圆型隧道截面的扭转角度、正应力、剪应力和截面扭矩进行计算。并利用有限元软件ANSYS建立三种工况下的三维数值模型计算分析,结果表明：1、箱型隧道在集中和分布扭矩共同作用下,隧道结构在地裂缝(9L/15)处扭转角度最大,最大值达到9.81×10-6弧度,比解析法求得的最大值小0.41%；剪应力也在地裂缝处最大,达到75.08Kpa,比解析解得到的剪应力大4.24%。2、圆型隧道在集中和分布扭矩共同作用下,隧道结构在地裂缝(9L/15)处扭转角度最大,最大值达到1.449×10-5弧度,比解析法求得的最大值小1.10%；剪应力也在地裂缝处最大,达到125.87Kpa,比解析解得到的剪应力大5.28%。3、数值模拟得出截面的各项特征值跟解析解得出的结论有相同的变化趋势,证明了解析法的正确性。本文研究成果丰富了地裂缝对地下结构扭转变形破坏计算理论,对地铁隧道斜穿地裂缝段结构采取的抗扭措施具有一定的参考价值。

地铁隧道斜穿活动地裂缝时扭转变形破坏解析解研究

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