非圆形地下洞室围岩收敛曲线近似构建方法研究

摘要

随着人口不断增加、国家经济和国防建设的快速发展，地下空间的开发利用逐步展开，人们在地层中开挖各种形状和尺寸的地下洞室、隧道和巷道等，而地下洞室开挖后其周边围岩的弹塑性应力和位移分布对于后期围岩支护结构的设计、施工以及洞室围岩稳定性分析有着重要影响。因此，用来表征地下洞室开挖后围岩应力和位移关系的弹塑性围岩收敛曲线(简称GRC)的研究成为地下洞室围岩稳定性分析的重要环节。限于当前弹塑性力学发展水平，目前仅圆形洞室具有完整的围岩收敛曲线解析形式，非圆形洞室需要通过复杂的数值方法拟合。为提高非圆形洞室计算效率，拓展解析法的适用范围，有利于收敛-约束法在非圆形地下洞室支护设计中的应用，本文基于等代圆理论探讨了非圆形洞室近似解析围岩收敛曲线(GRC)的构建方法。
　　首先，分别推演了不考虑塑性扩容的Karstner弹塑性围岩收敛曲线和Duncan-Fama弹塑性围岩收敛曲线的建立过程，并对现有的等代圆理论作了详细的归纳分析。其次，以直墙拱形洞室为例，采用数值方法求得非圆形洞室开挖后在不同支护阻力作用下洞周围岩的弹塑性应力和位移并绘制相应的围岩收敛曲线，与在相同的初始条件下基于各种等代圆方法建立的近似围岩收敛曲线(GRC)解析解做对比分析，揭示各等代圆方法的适用性。
　　然后，按照研究直墙拱形洞室的方法，分别分析矩形和曲墙拱形洞室在求解近似围岩收敛曲线时最适用的等代圆方法，并分析跨高比、围岩级别及洞室埋深等因素对等代圆方法选用的影响。
　　最后，引用工程实例对前文得出的结论进行分析验证，并开展非圆形洞室的模型试验研究，监测矩形洞室开挖后洞周围岩应力和位移，绘制相应围岩收敛曲线，与用本文方法求解得到的矩形洞室近似围岩收敛曲线(GRC)做对比分析，进一步验证了本文方法的有效性和实用性。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 地下洞室围岩稳定性分析研究现状

1.3 不同洞形围岩弹塑性分析研究现状

1.4 本文研究内容及方法

第2章 GRC理论模型推演及等代圆理论

2.1 概述

2.2 Karstner围岩收敛曲线建立方法

2.3 Duncan-Fama围岩收敛曲线建立方法

2. 4 等代圆方法简介

2.5 三维有限差分软件介绍

第3章 直墙拱形洞室GRC近似构建方法研究

3.1 概述

3. 2 研究方案设计

3.3 Karstner近似GRC构建方案实施

3.4 Duncan-Fama近似GRC构建方案实施

第4章 矩形和曲墙拱形近似GRC构建及工程算例

4.1概述

4.2 矩形和曲墙拱形洞室近似GRC构建

4. 3 工程算例分析

4. 4 工程实例分析

第5章 深埋隧道开挖试验模拟及验证

5.1 概述

5.2 模型试验的研究目的与研究内容

5. 3 深埋洞室模型试验设计

结语

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文及科研情况)