芙蓉路电缆隧道典型断面稳定性研究

论文摘要

隧道开挖导致围岩应力重分布，对于地下结构工程，围岩的塑性破坏与失稳既存在着联系，又不是同等的概念。围岩出现塑性破坏并不意味着结构的破坏，但毕竟它表明结构围岩的某些岩体的应力(荷载)已达到或超过其承载能力，显示结构具有向失稳方向发展的可能和趋势。此外，通过围岩塑性屈服特征(位置、大小)，不仅可以进行围岩稳定性判断和预测，而且也是围岩支护设计的重要依据。另外，围岩的塑性屈服伴随着向隧道空间的塑性位移。尤其对于高应力环境中的节理发育的软弱岩体，其岩体表现出显著的塑性蠕变特征。因此，围岩在弹塑性岩体中的应力及位移分析为本论文的重点。本人借助通用有限元分析计算软件对曾参与施工及科研的一市政隧道工程进行了数值模拟计算，并结合现场实测数据，主要从以下几个方面进行了隧道稳定性研究：(1)选择3种典型隧道断面，研究其在深、浅埋2种工况一次全断面开挖时，隧道不同跨径、不同埋深应力、位移、初次衬砌内力变化规律。(2)利用等代圆法对两种典型断面隧道进行内力及变形分析，结果表明该法是可行的。(3)模拟在复杂地质情况下隧道开挖过程中的内力及位移变化规律。(4)模拟隧道开挖时设置支护锚杆后内力及位移的变化情况。(5)模拟隧道衬砌在出现质量缺陷时的内力、变形变化规律，结果表明，拱部及底板砼的厚度对于边墙结构的轴力影响很大；对侧墙墙与底板交界处剪力影响也较大；对墙拱交界处的水平方向位移影响很大。(6)应用随机介质理论计算了浅埋段地表沉降值，结果与实测值非常接近；利用有限元平面数值分析的方法计算了地表沉降值，计算结果与实测数据作了比较。采用基于最小二乘非线性回归法对实测地表沉降数据进行了处理，结果表明该法的拟合精度较高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 隧道稳定性问题的提出及研究的现状
• 1.2.1 稳定性问题的提出
• 1.2.2 稳定性问题研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 隧道结构的弹塑性有限元分析理论基础
• 2.1 概述
• 2.2 非线性问题的求解方法
• 2.2.1 直接迭代法
• 2.2.2 牛顿-拉斐逊（Newton—Raphson）法——切线刚度法
• 2.2.3 修正的牛顿-拉斐逊法——初始刚度法
• 2.3 屈服与破坏准则
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 屈服条件
• 2.3.3 几种常用的屈服准则
• 2.4 隧道结构二维有限元分析的方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 地质情况良好情况下隧道结构计算分析
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 工程简述
• 3.1.2 工程地质条件
• 3.1.3 水文地质条件
• 3.1.4 气象气候条件
• 3.1.5 工程特点
• 3.1.6 主要隧道断面尺寸设计图
• 3.2 隧道衬砌和围岩体系的静力有限元分析
• 3.2.1 主隧道（浅埋）计算分析
• 3.2.2 主隧道（深埋）计算分析
• 3.2.3 通风机洞室（浅埋）计算分析
• 3.2.4 通风机洞室（深埋）计算分析
• 3.2.5 T接洞室（浅埋）计算分析
• 3.2.6 T接大洞室（深埋）计算分析
• 3.3 特征内力及变形变化数据结果汇总
• 3.4 等代圆计算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 软弱夹层构造及衬砌结构缺陷情况下数值分析
• 4.1 概述
• 4.2 软弱夹层地质情况下的数值分析
• 4.2.1 内力及位移计算结果图
• 4.2.2 隧道围岩不同方向的应力和位移的沿径向变化特征
• 4.3 隧道锚喷支护情况下的数值分析
• 4.4 隧道衬砌缺陷情况下的数值分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 浅埋段隧道地表沉降研究
• 5.1 随机介质理论
• 5.1.1 单元开挖引起的地表变形
• 5.1.2 开挖单孔隧道引起的地表变形
• 5.2 浅埋隧道开挖引起的地表沉降研究
• 5.3 地表沉降监测规律分析
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 工程概况
• 5.3.3 沉降观测方法
• 5.3.4 监测数据处理
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间发表论文及参与科研情况