平行三孔小净距隧道相互影响分析及围岩稳定性研究

论文摘要

为了满足日益增长的交通需求,平行三孔或三孔以上小净距隧道的建设逐渐受到人们的重视。然而,由于这类隧道特殊的结构型式,使得隧道施工时相互影响较大,这也给设计和施工过程中带来了许多新的问题,因此,对此类隧道进行相关研究就显得十分必要。本文以韩府山一、二、三号隧道——三孔大断面小净距隧道为工程背景,分别通过理论分析和数值模拟方法,对平行三孔小净距隧道施工相互影响及围岩稳定性进行相关研究。论文主要完成以下几方面的工作：(1)介绍了求解平面弹性力学问题中相关的复变函数理论,同时对求解双连通问题中使用到的Schwarz交替法基本原理做了简单的介绍。(2)介绍Schwarz交替法在无限平面含两个洞室问题中的应用,同时对Schwarz交替法在半无限平面内含三个洞室问题中的可行性进行相关论证。(3)根据“结合洞”思想和复变函数理论及Schwarz交替法原理,首次给出半无限平面含三个圆形洞室问题弹性解析解详细过程及具体公式。(4)编制Matlab程序实现问题解析解的求解,并验证程序计算结果可靠性。(5)使用所编制的Matlab计算程序,分别对地表变形及中间岩柱应力的相互影响间距进行研究和讨论,并对如：洞室埋深、地层损失率、弹性模量及泊松比等因素对其的影响进行讨论。(6)使用有限差分软件FLAC3D对围岩强度折减安全系数进行求解,分析不同隧道净距及埋深情况下围岩安全系数的变化规律,从而针对埋深及净距对围岩稳定性的影响进行相关研究及讨论。(7)对不同隧道净距及埋深情况下围岩极限破坏状态相关特性进行研究,根据研究结果分析围岩破坏面形状、围岩变形及洞周破坏区域,并讨论净距和埋深对它们的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 理论分析
• 1.2.2 数值分析
• 1.2.3 试验研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 复变函数及Schwarz交替法原理
• 2.1 引言
• 2.2 平面问题的复变函数原理
• 2.2.1 应力函数的复变函数表示
• 2.2.2 应力和位移的复变函数表示
• 2.2.3 边界条件的复变函数表示
• 2.2.4 保角变换与曲线坐标
• 2.3 Schwarz交替法基本原理
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 Schwarz交替法适用条件
• 2.3.3 Schwarz交替法在无限平面含两个洞室问题中的应用
• 2.3.4 Schwarz交替法在半无限平面含三个洞室问题中的扩展
• 2.4 本章小结
• 第三章 半无限平面三孔平行圆形隧道开挖的弹性解析解
• 3.1 问题的描述
• 3.2 求解基本过程描述
• 3.3 只存在径向位移时的解（半无限平面内只含洞1）
• 3.3.1 保角映射
• 3.3.2 地表边界条件
• 3.3.3 洞室边界条件
• 3.3.4 均布径向位移下半无限平面内含单圆孔问题的解析解
• 3.4 求解由洞1开挖在洞2周边产生的附加面力
• 3.4.1 坐标平移前后的两复应力函数
• 3.4.2 附加面力求解一般理论
• 3.4.3 通过洞2边界点的坐标变换确定其附加面力
• 1（σ₂）的级数逼近'>3.4.4 f₁（σ₂）的级数逼近
• 3.5 均布径向位移及反面力同时作用下的解（只开挖洞2）
• 3.5.1 均布径向位移作用下的解（只开挖洞2）
• 3.5.2 反面力作用下的解（只开挖洞2）
• 3.5.2.1 地表边界条件
• 3.5.2.2 洞室边界条件
• 3.5.3 均布径向位移及反面力同时作用下的解（只开挖洞2）
• 3.6 应力场和位移场的求解
• 3.7 求解半无限平面三孔平行圆形隧道问题的实现
• 3.8 本章小结
• 第四章 Matlab程序精度讨论及其应用
• 4.1 程序计算精度讨论
• 4.1.1 附加面力的逼近精度
• 4.1.2 迭代计算精度分析
• 4.1.2.1 洞周附加面力结果分析
• 4.1.2.2 应力分量对称性分析
• 4.1.3 计算结果精度讨论
• 4.1.3.1 理论计算方法简介
• 4.1.3.2 实际工程简介
• 4.1.3.3 结果精度讨论
• 4.2 半无限平面平行三洞相互影响间距分析
• 4.2.1 相互影响间距确定
• 4.2.2 地表沉降计算偏差分析
• 4.2.3 地表水平位移计算偏差分析
• 4.2.4 应力计算偏差分析
• 4.2.5 确定相互影响间距
• 4.3 影响因素研究
• 4.3.1 洞室埋深H
• 4.3.2 地层损失率ε
• 4.3.3 弹性模量E和泊松比μ
• 4.4 本章小结
• 第五章 平行三孔小净距隧道围岩稳定性相关研究
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 工程特点
• 5.2 研究概述
• 5.2.1 研究内容简述
• 5.2.2 计算模型简介
• 5.2.2.1 参数选取
• 5.2.2.2 模型建立
• 5.2.2.3 模型简化处理
• 5.3 围岩安全系数研究及其讨论
• 5.3.1 强度折减法基本原理
• 3D实现过程简介'>5.3.2 FLAC^3D实现过程简介
• 5.3.3 净距对安全系数的影响
• 5.3.4 埋深对安全系数的影响
• 5.4 极限状态下围岩破坏特点相关研究
• 5.4.1 强度储备法点安全系数基本原理
• 5.4.2 考虑净距对极限破坏特点的影响
• 5.4.3 考虑埋深对极限破坏特点的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研情况