超大规模地下结构围岩压力计算理论研究

论文摘要

围岩压力是指在洞室开挖后由于应力重分布而形成的应力,是进行地下结构支护设计时不可或缺的参数。本文以新京张城际铁路八达岭地下车站为依托工程,结合现场勘查资料和室内外实验成果,对车站围岩压力理论计算展开了研究。其相关工作和成果有：(1)综述了当前国内外类似工程概况和围岩压力理论计算发展情况,为车站的围岩压力研究提供借鉴和参考。(2)据现场测得的材料数据与实验室数据,通过各种理论公式方法(包括弹塑性理论方法、普氏理论、太沙基法和铁路规范)的计算得出八达岭地下车站单拱方案的围岩压力数据,以及围岩压力的分布图。(3)运用ABAQUS有限元分析软件模拟了单拱大跨方案开挖施工的过程；对施加初期支护后围岩的应力场、位移场、塑性破坏区做出了详细剖析,得到了围岩压力的数据以及压力分布规律。(4)对比公式计算结果与数值模拟结果,分析了每种理论在八达岭地下车站围岩压力计算中的适用性。为后期八达岭地下车站支护参数的选取优化等提供理论依据。本文研究的内容与结果,希望能给超大规模地下结构的设计与施工带来参考价值。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 国内外类似工程现状
• 1.3 隧道围岩压力计算方法发展状况
• 1.3.1 以经验为基础的计算公式理论发展
• 1.3.2 以弹塑性力学为基础的计算公式理论发展
• 1.4 论文主要研究的内容与方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 围岩应力与围岩压力理论
• 2.1 岩石本构关系
• 2.1.1 屈服条件与屈服面
• 2.1.2 岩石塑性力学常用的屈服准则
• 2.1.3 塑性状态的加、卸载准则
• 2.1.4 本构方程
• 2.2 围岩应力解析方法分析
• 2.2.1 轴对称圆形围岩的弹性应力状态
• 2.2.2 轴对称圆形围岩的塑性应力状态
• 2.3 围岩压力的形成及影响因素
• 2.3.1 围岩压力的形成
• 2.3.2 影响围岩压力的因素
• 3 京张城际铁路八达岭地下车站工程概况
• 3.1 地理位置及交通概况
• 3.2 地形地貌与地质构造
• 3.2.1 地形地貌
• 3.2.2 地质特征
• 3.2.3 岩脉发育特征
• 3.2.4 构造位置
• 3.3 气象、地震与水文地质特征
• 3.3.1 气象特征
• 3.3.2 地震动参数
• 3.3.3 水文地质特征
• 3.4 岩体初始应力场
• 3.4.1 钻孔地应力测试结果及实测地应力大小
• 3.4.2 地应力钻孔的测试结果分析
• 3.5 岩石物理力学性质及围岩分级研究
• 3.5.1 岩石物理力学性质测试
• 3.5.2 岩石质量指标RQD值
• 3.5.3 围岩RMR值
• 3.6 车站单拱方案
• 4 京张城际铁路八达岭地下车站单拱方案围岩压力计算
• 4.1 普氏理论
• 4.1.1 压力拱假设
• 4.1.2 普氏压力拱理论计算围岩压力的方法
• 4.1.3 普氏理论计算八达岭地下车站单拱断面
• 4.1.4 普氏理论计算所得单拱断面径向上的围岩压力
• 4.2 太沙基理论
• 4.2.1 太沙基理论假设及公式推导
• 4.2.2 太沙基理论计算八达岭地下车站单拱断面
• 4.2.3 太沙基理论计算所得单拱断面径向上的围岩压力
• 4.3 芬纳公式
• 4.3.1 芬纳公式理论假设及推导
• 4.3.2 芬纳公式计算八达岭地下车站单拱断面
• 4.3.3 芬纳公式计算所得单拱断面径向上的围岩压力
• 4.4 卡柯公式
• 4.4.1 卡柯公式理论假设及推导
• 4.4.2 卡柯公式计算八达岭地下车站单拱断面
• 4.4.3 卡柯公式计算所得单拱断面径向上的围岩压力
• 4.5 《隧规》计算
• 4.5.1 《隧规》假设及推导
• 4.5.2 《隧规》计算八达岭地下车站单拱断面
• 4.5.3 《隧规》计算所得单拱断面径向上的围岩压力
• 5 超大规模地下结构围岩压力的三维数值分析
• 5.1 隧道及地下工程的有限元分析
• 5.2 ABAQUS有限元程序简介
• 5.3 模型设计
• 5.3.1 模型尺寸设计
• 5.3.2 模型的初始地应力场
• 5.3.3 模型本构关系的选取
• 5.3.4 计算基本假定
• 5.3.5 计算参数的选定
• 5.3.6 边界条件
• 5.4 模型网格划分及施工过程模拟
• 5.4.1 网格划分
• 5.4.2 施工工艺模拟
• 5.4.3 数值计算分析
• 5.5 数值模拟围岩压力与理论计算对比
• 5.5.1 数值模型计算围岩压力
• 5.5.2 数值模拟与理论计算比较
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集