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《长安大学》 2006年
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基于正交试验设计的浅埋偏压隧道有限元分析

唐纯勇  
【摘要】:浅埋偏压隧道常要根据不同的地形地质和围岩物理力学指标来选择不同的结构形式、施工方法和相应的辅助工程措施。不同地形、地质条件和围岩物理力学指标对隧道的影响程度不同,相互之间还有耦合关系,给浅埋偏压隧道设计施工带来很大困难。因而,很有必要分析各种因素对浅埋偏压隧道的不同影响程度。本文采用正交试验方法进行方案设计,并应用ANSYS软件对浅埋偏压隧道进行数值模拟,分析了坡度、埋深、围岩弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角对浅埋偏压隧道的影响,得出了一些对今后浅埋偏压隧道的设计和施工有一定指导意义的结论。 通过分析,本文主要得出如下结论: 1) 通过正交试验进行数值模拟方案设计,可大大减少模拟次数和计算量。 2) 随着埋深减小和坡度的增加,隧道的偏压程度增加;当埋深达到30米时,坡度对隧道的偏压影响显著减小,这与V级围岩深浅埋隧道临界值相一致。 3) 隧道围岩在变形过程中不仅有向临空面位移和顶板土体下沉现象,且有向外侧挤压移动趋势。随着埋深的增加、坡度的减缓,这一趋势逐渐减弱。当埋深为15米,坡度小于1∶1.5时,该趋势已可以忽略不计。当埋深达到30米时,这一趋势完全消失,转变为外侧土体对衬砌的挤压。 4) 从隧道开挖支护直至隧道位移场应力场稳定,埋深浅侧的锚杆基本上处于受压状态,支护效果有限。 5) 泊松比v和粘聚力C与拱顶竖向位移值关系密切;弹性模量E和泊松比v与周边收敛值关系密切。 6) 对隧道应力值的影响按大小次序依次是:弹性模量、泊松比、粘聚力、摩擦角。对隧道位移值的影响次序是:弹性模量、泊松比、、粘聚力、摩擦角。对围岩塑性区的影响次序是:粘聚力、摩擦角、泊松比、弹性模量。 7) 水平偏压对隧道承载能力的影响极大。竖向偏压对隧道承载能力的影响相对较小。因此,为改善衬砌受力状态,应首先采取能增加外侧水平荷载的措施。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:U451

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【引证文献】
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