浅埋大跨径黄土公路隧道施工数值模拟

摘要

黄土因其成分的特殊和性质的独特在工程地质研究中占有很重要的地位,工程特性与普通岩石隧道差异很大。由于大跨径黄土公路隧道开挖扰动后变形较大,加之形状扁坦,故其建设难度不言而喻。本文通过理论分析和数值仿真的方法对浅埋大跨径黄土公路隧道的开挖方法、支护选择、地表沉降控制等问题进行研究。
　　以相关文献作为基础,分析总结施工中黄土围岩变形机理和工程特性,并提出支护设计原则和方法。将围岩变形与应力作为判别因素,采用数值模拟仿真对比分析弧形导坑法、双侧壁导坑法、交叉中隔壁法(CRD法)施工过程中围岩力学变化规律;黄土自稳能力差,受施工影响产生的地表沉降明显,会对工程产生不利影响,针对地表沉降控制,在不同的超前支护方式和参数、不同进尺、不同初支弹性模量条件下,对施工过程进行数值模拟,分析各个因素对地表沉降的影响。根据以上分析,总结浅埋大跨径黄土公路隧道开挖力学特征,并提出关于不同隧道施工方法中关键技术和支护参数选择的合理性建议,给出推荐工法。
　　本文使用基于有限差分分析原理的FLAC3D进行三维数值模拟,分析中采用Mohr-Coulomb塑性模型,采用混合离散方法来模拟材料的屈服或塑性流动特性,利用动态的运动方程求解。将基本方程近似改为差分方程,把求解微分方程的问题改换成求解代数方程的问题。

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第一章 绪论

1.1 引言及研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与研究方法

第二章 浅埋大跨径黄土隧道特性

2.1 黄土特性

2.2 黄土隧道围岩分级

2.3 黄土隧道围岩压力分析

2.4 浅埋大跨径黄土隧道特点总结

第三章 隧道施工方法与支护设计

3.1 浅埋黄土隧道施工方法

3.2 浅埋大跨径黄土隧道支护设计

3.3 技术总结

第四章 隧道弹塑性数值分析基本原理

4.1 弹塑性分析基本理论

4.2连续介质三维快速拉格朗日法（FLAC3D）的基本原理

4.3 本章小结

第五章 不同施工方法数值模拟

5.1 计算假定及模拟思路

5.2 弧形导坑法施工模拟

5.3 CRD法施工模拟

5.4 双侧壁导坑法施工模拟

5.5 不同开挖方法对比

5.6 本章小结

第六章 浅埋大跨径黄土隧道地表沉降控制

6.1 概述和计算参数

6.2 不同超前支护形式对地表沉降的影响

6.3 不同管棚超前支护参数对地表沉降的影响

6.4 不同进尺对地表沉降的影响

6.5 不同初期支护弹性模量对地表沉降的影响

6.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢