隧道围岩松动区范围的研究

摘要

对隧道塌方荷载的预测是隧道工程中重要课题之一。隧道塌方是在隧道施工过程中经常遇到的一种危害比较大的工程灾害。而隧道稳定性往往是工程建设关心的问题。本文阐述了隧道塌方理论及隧道塌方研究中的数值方法，塌方荷载计算及隧道稳定性判别的方法。并在此基础上以龚滩隧道工程建设为依托，利用普氏理论分析方法和有限元数值分析方法研究隧道开挖形成松动区范围及塌方荷载计算方法，主要包括以下方面： ①基于普氏理论分析方法，分别假定隧道拱顶和侧面松动区分界线的不同形式，推导出一系列不同的围岩压力公式，并进行对比分析。 ②用有限元数值分析方法计算围岩塑性区范围及其变形，并与实测洞周位移比较，为隧道支护设计和监测提供依据。 ③依据现场实测洞周位移、数值分析方法计算的塑性区范围和普氏理论分析方法计算的松动区三方面结果进行综合分析，建议并提出三分之一塑性区作为松动区范围，为隧道设计提供参考依据。

目录

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第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2隧道塌方研究中的数值方法发展现状

1.2.1连续介质数值方法

1.2.2非连续介质数值方法

1.3目前隧道塌方荷载计算方法

1.3.1普氏理论

1.3.2变形围岩压力计算

1.3.3块体极限平衡围岩压力计算

1.4隧道围岩稳定判断的方法

1.5本文研究的主要内容和方法

1.5.1本文研究的主要内容

1.5.2本文研究的主要方法

第二章 松动压力理论分析

2.1普氏理论

2.2松动压力的计算

2.2.1侧面松动边界线是直线

2.2.2侧面松动边界线是抛物线

2.2.3侧面松动边界线是椭圆

2.2.4侧面松动边界线是双曲线

2.3松动压力和理论解

2.3.1侧面松动边界线采取直线

2.3.2侧面松动边界线采取抛物线

2.3.3侧面松动边界线采取椭圆

2.3.4侧面松动边界线采取双曲线

2.4拱项压力和压应力的总结

2.4.1拱顶压力

2.4.2拱顶压应力

2.4.3拱顶塌落拱高度

2.5本章小结

第三章 隧道施工过程数值模拟方法

3.1有限元的理论基础

3.1.1有限元法简介

3.1.2所用到ANSYS软件功能模块简介

3.1.3弹塑性问题的增量有限元理论

3.1.4岩土弹塑性增量本构关系

3.2隧道施工过程数值模拟

3.2.1开挖(卸荷)的模拟

3.2.2施工过程的模拟

3.2.3释放荷载的计算

3.3本章小结

第四章 隧道松动荷载的预测和松动区判断方法

4.1龚滩隧道工程概况

4.2计算条件

4.2.1计算基本假设

4.2.2计算范围

4.2.3计算参数的选取

4.2.4释放荷载分担比例

4.2.5计算模型图

4.3计算方案

4.4塑性区计算方法和计算结果

4.5初期支护对塑性区大小的影响

4.6弹塑性边界的计算

4.7隧道衬砌结构稳定性分析

4.8拱顶压应力计算结果和隧道塌方荷载的预测方法

4.8.1拱顶压应力计算结果

4.9隧道拱顶围岩现场监控量测和松动区的判断方法

4.9.1隧道围岩现场监控量测

4.9.2隧道松动区的判断方法

4.10本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果