隧洞掘进面时空效应的研究——边界单元法的若干进展及其工程应用

摘要

本文围绕隧洞掘进作业面的时空效应这一工程课题，采用边界单元法进行了较全面和系统的理论计算和数值分析，为工程设计提供了必要的理论依据。主要内容有：一、提出了Kelvin基本解的一种新的解法。利用弹性力学的广义变分原理建立了边界元方程；并将其与摄动原理相结合,导出了粘弹性问题的摄动边界元方程；二、引入三维无界元以模拟隧洞的开挖边界。运用三维粘弹性摄动边界元法，详细分析了粘性地层隧洞掘进面的空间约束效应；三、在上述真三维分析的基础上，提出了一种隧洞掘进面空间作用的等效方法——“广义虚拟支撑力法”。结合弹一粘塑性边界元方法，着重考虑了隧洞掘进面时、空效应的联合作用问题。四、建立了三维弹性、粘弹性反演分析的统一格式。通过对天荒坪抽水蓄能电站地下厂房工程岩体和岩性参数的反演计算，得出了利用反演方法可以有效地确定掘进面空间效应和地层时间效应的影响程度的结论；本文第一章阐述了课题的研究目的和研究方法；第二、三章为以后各章提供理论基础；第四章围绕隧洞掘进面的时空效应问题，采用弹一粘塑性边界元法展开讨论；第五章则是从反演计算方面考察掘进面的时空效应问题；第六章为本文结论。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1 引言

1.2文献评述

1.3本文思路及主要内容

第二章摄动粘弹性边界单元法理论基础

一、Kelvin基本解的新解法

1.1引言

1.2问题的提出

1.3问题的求解

1.4基本解函数的另一种表述形式

二摄动粘弹性边界元法理论

2.1引言

2.2变分法中的摄动过程

第三章真三维对空效应的边界元法分析

一、弹性三维无界——边界元法分析

1.1引言

1.2有界和无界边界元模式

1.3算例验证

二、三维摄动粘弹性边界元法分析

2.1 引言

2.2基本公式的推导

第四章准三维时空效应的边界元分析法

一、三维几何空间的简化方法

1.1 引言

1.2广义虚拟支撑力法

1.3实例分析

二、平面应交弹一粘塑性边界元法理论分析

2.1 引言

2.2弹一粘塑性边界元法

三.考虑隧洞掘进面空间效应的弹一粘塑性边界元法工程应用

3.1 引言

3.2锚杆支护及围岩屈服后强度降低σ、φ值的等效处理

3.3 弹一粘塑性边界元法在隧洞掘进面时空效应分析中的应用

第五章考虑时空效应的反演分析理论及其工程应用实例

一、考虑对空效应的反演计算理论

1.1 引言

1.2 弹性问题反演计算的基本公式

1.3边界任意点的位移值

1.4粘弹性反演计算

1.5算例验证

二、工程应用实例

2.1工程概况

2.2洞壁、域内位移量测及结果分析

2.3反演计算结果

2.4结论

第六章结语

参考文献

附录 摄动粘弹性理论解