应力释放与开挖方法对隧道支护受力及地表沉降的影响

摘要

随着我国公路交通事业的快速发展,隧道工程已经得到了广泛的应用,同时,在隧道施工过程中面临的问题也越来越多,如何根据实际工程情况,有效的控制地表沉降范围和优化支护结构受力,成为了施工技术人员急需解决的问题。现代隧道修筑技术是以新奥法为理论基础的,该理论认为,围岩自身具有一定的承载能力,在整个隧道支护体系中,围岩是承载结构的一部分,因此,应充分利用围岩的自承能力,保持围岩的稳定。本文模拟分析了暗挖隧道在不同围岩应力释放率及不同施工开挖方法下的响应机制,主要研究以下几方面内容:
　　(1)对现有围岩应力在开挖与支护阶段的计算方法进行了分析,针对隧道类型及工程地质条件,论述了隧道工程中常用的施工方法的适用范围和特征。
　　(2)针对隧道施工过程中围岩应力逐步释放的特征,分析了不同应力释放率下,隧道支护结构受力特点和地表沉降分布规律,借助“反转应力法”,并利用ANSYS有限元软件的APDL参数化设计语言,对数值模拟进行了二次开发,编制了“临空面节点力提取,并反向分级施加”命令,实现了应力的逐步释放。
　　(3)模拟分析了不同开挖方法对隧道支护结构受力和地表沉降的影响,得到了不同开挖方法下,支护受力的分布特点和地表沉降的理论变化规律。
　　(4)依据浏阳河隧道的工程实际,从数值仿真与实际监测出发,对比分析了三台阶法和CD法两种开挖方法下的地表沉降规律,并利用Peck公式计算了两种工法下的单位地层损失。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 问题的提出及其研究意义

1.3 地表沉降与支护理论的研究现状

1.4 本文研究内容

第二章 围岩应力与应力释放

2.1 概述

2.2 初始地应力分布与计算

2.3 隧道开挖后的围岩应力分析

2.4 围岩支护后的应力状态分析

2.5 应力释放的确定与计算

2.6 本章小结

第三章 隧道支护受力特性与地表沉降的有限元分析

3.1 有限元分析过程与隧道开挖模拟方法

3.2 隧道开挖在ANSYS中的实现

3.3 支护原理与开挖方法简介

3.4 应力释放率对支护受力与地表沉降的影响

3.5 开挖方法对支护受力与地表沉降的影响

3.6 本章小结

第四章 浏阳河隧道地表沉降处理与模拟分析

4.1 工程背景

4.2 工程地质条件

4.3 浏阳河隧道地表沉降特征分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要研究结论

5.2 进一步工作与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间发表论文)