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基于湿度场的膨胀围岩隧道施工性态模拟研究
| 论文题名： | 基于湿度场的膨胀围岩隧道施工性态模拟研究 |
| 关键词： | 湿度场;数值模拟;膨胀围岩隧道;施工性态;应力变形 |
| 摘要： | 随着中国经济的不断发展,为了加强各省市地区的交流往来,提高时间效益,修建大量的高速公路是必要的。为了提高经济效益,缩短里程,高速公路穿过山岭丘陵时需要修建高速公路隧道。而在膨胀土地区进行隧道施工在国内研究较少,也缺乏大量的施工经验,特别是对大断面膨胀围岩隧道这类施工难度很大的隧道的研究还处于初级阶段。为此,本文以广西宜河高速公路某大断面膨胀围岩隧道为依托工程,现场取土样进行不同含水率(15％、20%、25%)的抗剪强度试验,以此为基础,运用通用大型有限元分析软件ANSYS对三种含水率(15%、20%、25%)四种开挖方式(全断面开挖法、CD法、台阶法、双侧壁导坑法)进行数值模拟,分析降雨入渗时,不同含水量状况对围岩及支护的应力变形影响规律。本文所做的工作有以下几个方面: (1)对广西宜河高速公路某大断面隧道工程现场取土样进行不同含水率(15%、20%、25%)的抗剪强度试验,发现随着含水率的增大,抗剪强度指标粘聚力c和内摩擦角?、切线弹性模量Et的平均值都不断减小。 (2)进行有限元建模计算基本假定: ①围岩为理想弹塑性材料,忽略围岩蠕变效应的影响; ②只考虑围岩自重应力,不考虑构造应力及外水压力的影响; ③只对锚杆以及喷射混凝土的初期支护进行模拟,将二衬看做是安全储备,不在模拟中体现出来。 (3)结合工程实际,建立三种含水率(15%、20%、25%)四种开挖方式(全断面开挖法、CD法、台阶法、双侧壁导坑法)的隧道开挖有限元模型,求解计算得到膨胀围岩的应力变形情况和锚杆与喷射混凝土层支护的受力情况。 (4)对模型计算结果进行分析。结果表明: ①同一种开挖方式,随着膨胀围岩含水率的增大,围岩应力逐渐减小,围岩变形和锚杆与喷射混凝土层的受力情况逐渐增大。 ②含水率相同时,选择不同开挖方式,膨胀围岩的应力变形情况是不同的。 因此,选择全开挖法和台阶法会造成支护结构不能及时制作好、使膨胀围岩长时间暴露在空气中等不利因素,这尤其对于膨胀土质围岩影响很大,故而不推荐使用。 本文的研究结果为大断面膨胀围岩隧道开挖施工的设计和施工提供了一定的参考依据。 |
| 作者： | 范楠 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 杨军平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 桂林理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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