正阳隧道围岩变形与支护结构受力特性研究

论文摘要

本文以正阳隧道为依托工程,通过施工现场实测资料,结合弹塑性有限元数值仿真模拟,对隧道围岩变形及隧道支护结构受力特性进行研究:①利用现场监控量测资料,详细分析了隧道开挖后的围岩变形及支护结构受力特性。分析结果表明:正阳隧道围岩的收敛变形具有很强的时空分布特征,时间效应方面,表现为初期变形量大,变形发展快的特点,空间方面,表现为隧道的不同监测断面具有不同的变形特征,变形具有显著的不均匀性;围岩压力特征也表现为很强的时空分布特征,初期支护围岩压力的时间历程表现为初期来压快、初期压力大、围压期长的特点,空间方面,主要表现为同一断面也具有不同的压力特征,且不同程度的存在偏压现象。②阐述了有限元模拟地下工程施工过程的基本原理。运用大型通用有限元软件ANSYS10.0,对实际工程进行了施工过程的有限元数值仿真模拟,分别分析了浅埋偏压段和软弱破碎带的围岩位移及支护结构的受力特征。通过分析得到:对于浅埋偏压段,偏压对隧道施工过程中围岩变形及支护结构的力学行为影响显著,由于偏压的影响,锚杆轴力及喷射混凝土轴力、弯矩及剪力的极值均出现在隧道岩层较厚的一侧;对于软弱破碎带,隧道围岩比较破碎而难以形成承载拱,导致隧道围岩变形量较大,在隧道的横截面内,稳定时,锚杆的最大轴力的大小顺序为拱脚、拱顶、拱腰,喷混凝土的拉应力的大小顺序为拱脚、拱顶、拱腰,压应力的大小顺序为拱脚、拱顶、拱腰。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究现状
• 1.2 正阳隧道工程概况
• 1.3 主要研究内容、意义与技术路线
• 第二章 正阳隧道围岩变形特性及影响因素分析
• 2.1 现场监控量测
• 2.2 现场围岩变形监控量测结果分析
• 2.2.1 洞口段地表下沉监测结果分析
• 2.2.2 典型断面围岩变形时间曲线
• 2.2.3 典型断面围岩变形回归分析
• 2.2.4 围岩变形的空间效应分析
• 2.2.5 围岩变形的时间效应分析
• 2.3 围岩变形特性及影响因素分析
• 2.3.1 围岩变形位移-时间曲线特征
• 2.3.2 围岩变形的主要影响因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 正阳隧道支护结构受力特性监测分析
• 3.1 隧道支护结构作用机理
• 3.1.1 喷射混凝土作用机理
• 3.1.2 径向锚杆作用机理
• 3.1.3 钢支撑作用机理
• 3.1.4 钢筋网作用机理
• 3.1.5 二次衬砌作用机理
• 3.2 支护结构受力特性分析
• 3.2.1 围岩与喷射混凝土层之间接触压力变化特性分析
• 3.2.2 钢支撑轴力变化特性分析
• 3.3 小结
• 第四章 正阳隧道施工力学响应的数值模拟分析
• 4.1 隧道支护结构
• 4.1.1 隧道支护结构的受力特点
• 4.1.2 本文研究支护结构的数值分析方法
• 4.2 弹塑性有限元的理论基础和分析过程
• 4.2.1 弹塑性基本理论
• 4.2.2 有限元分析过程
• 4.2.3 ANSYS 有限元程序简介
• 4.3 正阳隧道左洞出口浅埋偏压段开挖支护施工过程数值模拟
• 4.3.1 断面支护参数及计算范围选取
• 4.3.2 有限元模型的建立
• 4.3.3 数值模拟步骤
• 4.3.4 数值模拟结果分析
• 4.4 正阳隧道左洞出口端软弱破碎段开挖支护施工过程数值模拟
• 4.4.1 支护参数及计算参数的选取
• 4.4.2 有限元模型的建立
• 4.4.3 数值模拟步骤
• 4.4.4 数值模拟结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果