人防干道改建地下停车场施工方案数值模拟研究

摘要

人防工程，是指在战争时代人们为了保障生命、保护重要物资、预防空袭以及防止核辐射危害而建造的地下防护建筑。一直以来，我国也没有停止过人防工程的建设。建国之前，军事防御是人防工程的主要用途，然而随着我国经济的快速发展，人防工程的作用也在不停扩展。目前，人防工程也逐渐成为城市基础建设的一部分。
　　21世纪至今，地下工程得到飞跃发展，我国大部分城市拥有多条人防工程。人防工程一般是国家投资建设，不拥有商业效益。但是随着经济的发展，再结合我国发展中国家的国情，人防工程在确保其保障人民安全作用的前提下，对其进行再次利用，或者是在设计新型人防工程时与地下空间利用紧密结合起来，使其社会效益与经济效益兼顾。平战结合的思想就是在和平时期要充分利用好已经建成或者即将建设的人防设施，用来服务国家的经济建设和居民的生活生产，以用促养，以用促管。
　　本文以青岛市禹城路人防干道改建地下立体车库为工程背景。本项目拟在目前人防干道主硐基础上进行扩建，拟向下开挖10米，采用矿山法施工。综合相关技术的国内外现状，拟定本文的研究内容如下：
　　（1）运用ABAQUS有限元软件对现有硐室进行应力、位移进行分析，即模拟第一次开挖后的应力位移场；
　　（2）提出几种开挖方案，并分析不同工况下硐室二次开挖后的位移、应力以及塑性区的变化；
　　（3）采用强度折减法计算不同工况下硐室开挖的安全系数；
　　（4）分析衬砌、回填材料等因素对硐室开挖围岩稳定性的影响。
　　（5）通过对比分析，依据安全与经济的原则，挑选出最佳方案进行施工。
　　（6）对监测数据与数值模拟值进行分析，验证数值模拟的可行性。

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摘要

ABSTRACT

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Contents

1 绪 论

1.1本文研究的目的和意义

1.2城市人防隧道扩挖的关键问题

1.3国内外研究现状及进展

1.3.1国内外既有人防隧道扩挖实例

1.3.2既有人防隧道扩挖设计理论研究现状

1.3.3地下工程围岩动态设计理论与施工控制理论研究现状

1.3.4人防工程扩挖对地表建筑物的影响

1.4主要研究内容及创新点

1.4.1本文的主要研究内容

1.4.2本文的主要创新点

2 人防干道扩挖围岩压力的计算

2.1引言

2.2围岩压力的主要类型

2.2.1松弛压力

2.2.2形变压力

2.3围岩压力的影响因素

2.3.1岩体结构与尺寸

2.3.2岩体的强度

2.3.3硐室的形状

2.4浅埋硐室围岩压力的计算

2.4.1岩柱理论

2.4.2太沙基公式

2.5本章小结

3 强度折减理论在ABAQUS中的实现

3.1流动法则的界定

3.2 土体的本构关系

3.2.1线弹性基本理论

3.2.2 Mohr-Coulomb塑性模型

3.2.3 线性Drucker-Prager模型

3.2.4 线性D-P模型与 M-C模型之间的参数关系

3.2.5本构模型的选择

3.3 强度折减法

3.3.1强度折减法的基本原理

3.3.2围岩失稳判据

3.3.3强度折减法在ABAQUS中的实现

3.4算例分析

3.4.1模型的建立

3.4.2开挖过程分析

3.4.3围岩计算结果分析

3.5本章小结

4 人防干道扩挖数值模拟

4.1工程概况

4.1.1工程地质说明

4.1.2场区环境概况

4.2建立本构模型

4.2.1本构模型的建立

4.2.2有限元计算的基本假定

4.3有限元计算模型的建立

4.3.1有限元计算模型的选取

4.3.2计算单元及参数的选取

4.3.3有限元计算的过程

4.4有限元计算结果与围岩变形规律分析

4.4.1原始地应力计算

4.4.2现有硐室的应力、位移分析（第一次开挖）

4.4.3 主硐室两侧辅助硐室及各小硐室开挖位移、应力及塑性区分析

4.4.4本次开挖主硐室分析（二次开挖）

4.5本章小结

5 各种参数对干道扩挖围岩稳定性的影响

5.1引言

5.2衬砌厚度对围岩稳定性的影响

5.3回填材料强度对围岩稳定性的影响

5.4现场监测数据对比

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间主要成果及科研情况

致 谢