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地下洞室的几何性质对松动圈的影响

孙有为  
【摘要】:地下空间的开发和利用是当前岩土工程发展的重要趋势之一。地下洞室是开挖在岩土体中作为各种用途的构筑物,地下开挖以后,破坏了岩土体天然应力的相对平衡状态,引起围岩应力的重新分布,因此,地下洞室稳定性分析的重要内容之一是确定围岩应力的大小。围岩应力受诸多因素的影响,松动圈是重要的影响因素之一。 松动圈是在洞室开挖时,当洞壁重分布应力超过围岩的屈服强度时,洞壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态,形成一个塑性区的分布范围,称之为塑性松动圈,一般简称为松动圈。它的主要特点是微裂隙增多,内聚力(C)、内摩擦角(φ)和模量值降低。研究松动圈的范围和分布特征,对确定围岩压力以及设计衬砌结构具有重要的意义。松动圈的分布受许多因素的影响,本文重点研究了洞室的几何尺寸对松动圈的影响,完成的主要工作有如下几个方面: 1.在查阅大量的文献资料的基础上,系统地总结了松动圈理论的研究历史和现状,对目前国内外已有的松动圈理论进行介绍,并分别指出其使用的范围和应用的局限性。对目前常用的数值模拟方法进行简要介绍。 2.对地下洞室松动圈基本理论、地下洞室对围岩的影响以及常用的松动圈计算方法进行了简要地介绍。主要包括:松动圈基本理论的介绍、开挖引起的围岩应力重分布情况、洞室围岩破坏情况和常用的塑性破坏区计算方法。 3.开发了岩土工程计算软件FLAC,介绍FLAC软件的历史、特点和分析问题的一般步骤,对其在地下洞室模拟方面的一些特殊功能进行开发和介绍,同时列举了数值分析常用的命令。 4.应用FLAC软件,从地下洞室的断面积、高度和跨度、组合形状断面等几方面对松动圈的影响进行数值模拟、计算和分析。经过详细地分析和研究,得到如下基本结论:1)地下洞室断面积的影响:随着断面积的增加,松动区在侧壁部位更加集中,洞室周围的松动圈发展加快,松动范围增加;顶部的松动区范围变大。2)地下洞室高度的影响:随着高度的增加,侧壁的松动区范围增加,角点处的松动区向深部发展,松动区开展加速,洞室高度方向松动影响范围加大。3)地下洞室跨度的影响:随着跨度的增加,顶部和侧壁松动区范围增大,其中,顶部变化尤其明显;松动区开展迅速,容易破坏。4)组合形状洞室断面的影响:组合的断面形状对松动圈的影响与简


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