岩土体应力状态对隧道支护结构的影响分析

摘要

正确掌握岩土体应力状态对隧道工程力学行为的影响是合理进行隧道设计与施工的前提。本文从岩土体的初始应力场入手介绍了岩土体应力场的构成及分类并着重分析了岩土体应力状态对隧道支护结构的影响。
　　 本文针对岩土体应力状态对隧道结构力学行为有较大影响，引入了岩土体侧应力参数的概念，并介绍了极限侧应力参数计算公式和原理。
　　 本文通过对支护结构与围岩相互作用的力学分析，建立了围岩与支护结构平衡状态。再根据隧道工程受力特点对隧道施工过程中围岩稳定性与支护结构相互作用机理的分析，建立隧道施工过程的分析模型。
　　 运用MIDAS/GTS大型有限元软件对藏木隧道施工过程采用不同的侧应力参数进行数值分析，得出隧道开挖过程中应力场及位移场随侧应力参数变化的规律，并分析了侧应力参数的变化对喷射混凝土应力特征的影响。最后取极限侧应力参数ka作为参考值，分析此时隧道断面随开挖步距前进的应力和位移变化，并得出结论：侧应力系数对隧道围岩应力、位移以及喷射混凝土的应力特征都有较大影响，而极限侧应力参数ka作为隧道周围岩土体稳定状态的临界值计算参数，从而根据计算结果作为隧道支护结构施加时间和形式的参考，以此来指导隧道设计和施工。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2隧道围岩及支护稳定性分析的研究现状

1.3地下结构设计方法简介

1.4隧道支护的分析方法现状

1.5隧道施工过程数值模拟方法的研究现状

1.6本论文的主要工作

第二章岩土体应力状态及侧压力系数

2.1岩体初始应力状态

2.1.1岩体自重应力场

2.1.2岩土体构造应力场

2.2隧道围岩压力

2.2.1围岩压力与分类

2.2.2围岩松动压力的形成和确定方法

2.3围岩破坏模式

2.3.1影响隧道围岩稳定的地质环境

2.3.2内在因素的影响

2.2.3外部环境

2.3.4隧道围岩变形破坏的基本类型

2.4隧道施工岩土体应力状态及应力状态参数

第三章隧道应力变形分析与支护结构的计算

3.1支护结构与围岩相互作用的力学分析概述

3.1.1支护阻力对隧道周边应力分布的影响

3.1.2支护结构的支护特性曲线

3.2围岩与支护结构平衡状态的建立

3.3隧道支护结构的计算

3.3.1隧道工程的受力特点

3.3.2隧道结构体系的计算模型

3.3.3本文的数值分析方法

第四章隧道施工的有限元分析

4.1岩土体屈服准则

4.1.1特雷斯卡(Tresca)屈服准则

4.1.2米塞斯(Mises)屈准则

4.1.3摩尔—库仑(Mohr-Coulomb)屈服准则

4.1.4德鲁克—普拉格(Druker-Prager)屈服准则

4.2 MIDAS/GTS软件介绍

4.3隧道结构有限元模型的建立

4.3.1本文所依托的藏木隧道工程概况

4.3.2有限元模型的建立

4.4隧道结构的有限元模型分析

4.4.1隧道围岩的应力位移分析

4.4.2喷射混凝土应力特征分析

4.4.3隧道施工过程分析

5.5本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献