有限元建模在隧道围岩稳定性评价中的应用研究

摘要

本文对有限元建模在隧道围岩稳定性评价中的应用进行了研究。文章结合云阳山隧道工程，以隧道围岩稳定性评价为主线，以保护围岩的自稳和指导施工为目的，采用定性评价和定量评价、整体评价和局部评价相结合的方法，对隧道围岩稳定性展开了系统的研究。首先，对隧道围岩在施工过程中的应力和应变特性以及支护作用机理进行深入研究，确定合适的围岩稳定性判别依据；其次，通过围岩岩体力学参数的研究，提出一种可行的力学参数获取方法-TSP203系统中力学参数的提取法。最后，通过对三维弹塑性有限元的深入分析，介绍弹塑性有限元分析法的具体流程，并运用ANSYS9.0有限元分析软件对云阳山隧道围岩进行实体建模分析，得出隧道施工过程中围岩和支护的位移、应力、应变变化规律，锚杆辐射范围，以此评价围岩的整体稳定性，达到指导施工的目的。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2围岩稳定性分析方法研究现状

1.3隧道围岩支护问题研究现状

1.4本文所做的主要工作

第二章隧道围岩力学理论及其稳定性判据研究

2.1隧道围岩的应力分布

2.2喷锚支护的作用机理

2.2.1喷层的力学作用

2.2.2锚杆的力学作用形式

2.3围岩稳定性评价的基本判据研究

2.3.1围岩强度判据

2.3.2围岩极限应变判据

2.3.4围岩向洞内收敛位移和“收敛比”判据

2.4本章小结

第三章隧道围岩岩体力学参数的动态提取

3.1岩体力学参数研究

3.1.1研究方法评述

3.1.2用Bienawski的岩体分类指数RMR估算岩体参数

3.1.3用《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)估算岩体力学参数

3.2隧道围岩岩体力学参数的动态提取

3.2.1 TSP203系统简介

3.2.2 TSP203系统的资料处理结果

3.2.3 TSP203系统所得岩体力学参数的整理

3.3本章小结

第四章：三维弹塑性有限元分析

4.1弹塑非线性有限元计算理论

4.1.1岩土材料屈服准则

4.1.2岩土材料弹塑性本构关系

4.2非线性弹塑性有限元增量迭代法

4.2.1非线性有限元问题分类

4.2.2材料非线性变形特征

4.2.3非线性弹性迭代计算方法

4.2.4弹塑性有限元增量迭代

4.3弹塑性有限元法分析过程

4.3.1有限元分析具体步骤

4.3.2弹塑性有限元计算程序流程图

4.4本章小结

第五章基于ANSYS的隧道围岩稳定性有限元模拟

5.1ANSYS 9.0软件介绍

5.1.1 ANSYS软件发展与特点

5.1.2 ANSYS软件平台的应用简介

5.2实例工程中围岩稳定性评价的有限元模拟

5.2.1工程概况

5.2.2隧道实体模型的建立

5.2.3隧道有限元网格划分

5.2.4加载与求解

5.2.5后处理

5.2.6加固范围讨论

5.3本章小结

第六章结论

参考文献

附录 隧道有限元建模及网格划分ANSYS命令流

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果及生产实践情况