半岩半土隧道围岩稳定数值模拟分析

摘要

随着我国城市化进程的加快,盾构法施工技术以其安全、快速、对环境影响小等优点得到越来越广泛的应用。但是隧洞开挖经常会碰到半硬半软岩层,本文中的半硬半软岩层是指在开挖隧道横断面一半为风化岩,其结构较完整,岩石强度较大;另一半为残疾土,较破碎,强度较低。当隧道穿过半岩半土地质条件下,挖围岩受力和变形都会随之变化。而研究围岩稳定性及分析变形的成因,分析隧道的受力状态变化情况及对周围环境的影响情况,从而为实际隧道及地下工程施工提供理论指导作用就成了当务之急的任务。本文以长沙地铁2号线某区间隧道为工程背景,利用数值模拟分析方法对隧道进行了三维有限元分析,分析半岩半土围岩隧道围岩应力和位移变化分布特征及超孔隙水压等影响因素,得到对实际工程有参考价值的结论,指导设计并优化施工,为日后类似工程提供借鉴与参考。主要完成了以下工作:
　　(1)本文以长沙地铁2号线某区间隧道为工程背景,运用大型有限元软件ADINA建立了隧道开挖三维弹塑性模型对半岩半土隧道施工开挖进行模拟。研究了不考虑地下水和考虑地下水不同工况下,隧道结构和围岩变形、受力情况以及考虑地下水超孔隙水压的变化情况。
　　(2)对现场监测数据分析,并且对比数值模拟,发现数值模拟结果与监测结果存在一定的误差,但监测数据与数值模拟结果的变化规律是一致的,验证了数值模拟研究半岩半土隧道结构稳定性的可行性。

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Contents

第1章 绪 论

1.1. 序言

1.2. 国内外研究概况

1.3. 本文工作

第2章 隧道围岩失稳特点和隧道工程概况

2.1. 隧道围岩稳定概述

2.2. 隧道围岩稳定的影响因素

2.3. 围岩初始地应力场

2.4. 隧道围岩稳定性判据

2.5. 工程背景

2.6. 本章小结

第3章 半岩半土隧道有限单元方法

3.1. 有限元发展

3.2. 有限单元法的基本步骤

3.3. 本构模型和屈服准则

3.4. 弹性力学基本方程

3.5. 流固耦合计算机理

3.6. ADINA软件简述

第4章 半岩半土隧道数值模拟分析

4.1. 工程概况

4.2. 隧道开挖有限元法

4.3. 数值计算结果分析

4.4. 本章小结

第5章 隧道施工监测分析

5.1. 隧道施工监测的目的和意义

5.2. 主要监测项目

5.3. 监测实施过程

5.4. 隧道监测反馈分析

5.5. 监测结果与数值模拟结果对比

5.6. 本章小结

第6章 结论与展望

6.1. 主要结论

6.2. 展望

参考文献

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致谢