深埋盾构隧洞装配式管片衬砌设计中的数值方法研究

摘要

该文将以浅埋式盾构隧道管片衬砌设计研究理论为基础,采用广泛适用于复杂边界条件的数值计算方法--有限元法,考虑围岩类材料的弹塑性,利用美国大型通用有限元分析软件ANSYS程序,结合工程实例,通过对隧洞开挖过程的三维弹塑性有限元模拟分析,确定深埋隧洞装配式管片衬砌的围岩压力分布模式,然后以此围岩压力分布模式为基础,引进ANSYS有限元程序中的接触模型和库仑摩擦模型模拟管片接头的受力及变形特点,通过三维有限元分析计算管片衬砌的应力分布及变形分布情况.通过分析该文得出以下结论（1）隧洞开挖后,即使在围岩岩性较好时,在隧洞顶部及两侧也可能不仅有弹性变形,同时存在塑性变形,因此,采用弹塑性模型模拟围岩类材料的受力特性是必要的.（2）深埋隧洞管片衬砌上的围岩变形压力分布模式为洞顶大、洞底小、中间均匀变化的近似螺旋线形分布形式.（3）对于深埋隧洞装配式管片衬砌,衬砌的强度较易满足要求,但管片衬砌接缝的止水往往成为设计的控制性因素.（4）对于深埋盾构隧洞装配式管片衬砌,当止水要求较高时,不宜采用含楔形管片的管片圆环衬砌.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1选题背景

2盾构法隧洞及其衬砌的国内外研究现状

2.1国内研究简史与现状

2.2国外研究简史与现状

2.3国内外对比及存在的问题

3定题依据

4本文的主要研究内容

第二章弹塑性有限元法的应用研究

1岩石类材料的本构模型

1.1岩石类材料的本构关系试验曲线

1.2屈服条件和屈服面

1.3流动准则

1.4加载与卸载准则

1.5 Drucker-Prager屈服模型

2数值方法及有限元法

2.1数值方法的简介

2.2有限元法的原理

3弹塑性有限元法

第三章装配式衬砌管片模型研究

1围岩压力分布模式分析模型

2接触模型及库仑摩擦模型

第四章结构分析中的止水原则

1止水简介

2接头止水

第五章工程实例研究

1围岩压力分布模式分析

2止水要求分析

3管片衬砌有限元分析

3.1有限元模型

3.2边界条件

3.3三维有限元分析

3.4成果分析

3.5实例分析结论

第六章结论

附图

参考文献

致谢