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隧道洞门结构土压力的研究

周佳媚  
【摘要】:隧道洞门结构是隧道工程主体结构的组成部分,隧道洞门结构的安全问题不容忽视。主动土压力是作用在隧道洞门上的主要荷载,是进行洞门设计的关键因素。本文运用数值模拟、极限分析方法和有限长度空间土压力理论,研究了作用在隧道洞门端墙上的主动土压力,在此基础上提出隧道洞门土压力计算方法;并运用结构可靠度基本理论,给出基于该方法的可供设计使用的隧道洞门可靠度实用设计式。为此,主要做了如下工作: 1.运用三维接触单元,考虑隧道衬砌-土体、隧道洞门-土体、隧道洞门-衬砌之间的接触面对典型隧道洞门土压力进行三维有限元分析。得到了沿隧道洞门墙长方向、墙高方向的分布规律、土压力作用点位置及隧道洞门墙-土体之间的摩擦角对隧道洞门上压力的影响规律。 2.详细推导了运用土体塑性极限分析理论中的上限解方法研究隧道洞门土压力沿隧道洞门墙高的分布土压力公式、总土压力公式及土压力作用点公式。并应用隧道洞门土压力极限分析法公式对主要隧道洞门形式进行计算,计算结果表明,按极限分析法计算出各形式洞门的破裂角、单位宽度洞门上总土压力均小于库仑理论的计算结果。 3.从有限长度的挡土墙土压力理论入手对隧道洞门土压力进行研究,提出按有限长度的挡土墙空间土压力理论计算隧道洞门土压力的基本思路。以隧道衬砌的高度为界,将隧道洞门土压力计算分为上、下两部分,推导出上部上压力强度、下部土压力强度、总土压力及土压力作用点的计算公式。算例研究表明,按有限长度、无限长度挡土墙土压力理论以及是否考虑衬砌的影响作用都会影响到隧道洞门土压力的大小及分布。 4.提出隧道洞门土压力计算的新方法,算例表明,该方法更能符合隧道洞门实际情况。 5.运用可靠度基本理论和本文提出的隧道洞门土压力计算方法,检算典型隧道洞门可靠度,并据此确定出隧道洞门的目标可靠指标和各极限状 第日页 西南交通大学博士研究生学位论文 态方程的分项系数,给出可供设计使用的隧道洞门可靠度实用设计式。 关键词:隧道工程;洞门结构;主动土压力;数值模拟; 极限分析;可靠度


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