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有限元强度折减法在隧洞稳定分析中的应用

王永甫  
【摘要】: 随着科学技术的快速发展,铁路、公路、城市地铁及城市建设等领域产生了大量的隧洞与地下工程,相应对隧洞与地下工程的稳定分析提出了更高的要求。有限元强度折减法已经在边(滑)坡工程分析应用中取得了成功,本文是关于有限元强度折减法在隧洞与地下工程稳定分析中的应用研究,主要研究内容如下: ①当前隧洞工程尚没有定量的安全系数概念,将有限元强度折减法应用到求解隧洞工程的安全系数中,通过借鉴有限元强度折减法的思想,对隧洞围岩强度参数进行折减使围岩处于极限破坏状态,此时的强度折减系数即为安全系数。 ②采用有限元强度折减法进行隧洞破坏机理研究,表明隧洞的破坏是从应力集中明显的拱脚与拱肩处开始形成塑性区,而后拱脚处塑性区斜向上发展,拱肩处塑性区斜向下发展,两者在围岩内部相互贯通,当有限元计算不收敛,表明隧洞发生了破坏。依据隧洞破坏时破裂面上的位移或塑性应变发生突变的特征,在数值模拟结果图上,将各断面等效塑性应变最大值连成线,即为隧洞的潜在破裂面位置。 ③运用隧洞工程有限元强度折减法,计算和分析了对应于现行规范各类围岩参数的安全系数变化规律,为隧洞工程建设提供有意义的参考。 ④隧洞设计时,对于复合式衬砌既要保证围岩的一定安全度,又要保证衬砌的足够安全度,因此涉及围岩安全系数及衬砌安全系数。围岩安全系数采用有限元强度折减法计算,衬砌安全系数按传统结构方法进行计算。 ⑤以重庆市寸滩小净距隧道为例,分别计算了围岩和支护的安全系数,计算结果较好反映了施工过程中围岩及衬砌的稳定性变化及其安全储备情况,计算的安全系数可作为隧道施工过程中的稳定性评价依据。


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