筒形外周棘状突起对土体轴向反力的力学关系

摘要

本文对一种新型隧道掘进机外周增阻部件与土体相互作用进行了研究。该掘进机通过在外壁与土间专设增阻部件的方法为掘进机前行提供支撑反力，再利用布置在掘进机内侧的千斤顶推拉掘进机体自身伸缩前行。在分析和总结前人在盾构和顶管施工过程的力学计算的基础上，理论计算与有限元模拟相结合，运用ANSYS有限元分析软件，对工具管自行走施工过程进行数值模拟，通过建立适当的计算模型，计算管体与土体之间的相互作用力，以及土体的变形和内力，从而为确定合理的增阻形式提供依据。据此本文作了以下工作： 首先，介绍本文的研究背景，简介盾构和顶管法施工技术的发展和研究现状，指出了二者存在的问题，提出本文要解决的问题。 接着，阐述工具管在土体中的自行走机理。提出了满足工具管自行走的条件要求，并计算了在不同工况下，工具管自行走所需的装备推力和土体所能提供的最大抗力，分析了不同埋深比和不同土体土层参数对工具管自行走的影响。 其次，对工具管自行走引起土体扰动进行了三维有限元分析，采用ANSYS程序进行了三维有限元建模，模拟计算了工具管中后节增阻片嵌入土层时，不同增阻片布置形式下，中后节管壳及增阻部件与土体的相互作用，不同H/D下地面的影响范围，以及不同土层参数下土体的轴向应力，并对计算结果进行了对比分析。 最后，对工具管施工引起的土体扰动机理和影响范围进行了分析，提出了工具管施工环境危害的几个施工控制措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外发展和研究现状

1.2.1发展现状

1.2.2理论和实践研究现状

1.2.3存在的问题

1.3本文研究的内容和主要工作

第2章计算理论与基础

2.1有限元法

2.1.1有限元基本概念

2.1.2有限元法原理

2.1.3有限元法的特点

2.1.4有限元分析的实施步骤

2.2土体本构模型

2.2.1 E-v模型

2.2.2 Drucker-Prager模型

2.3土体屈服与破坏准则

2.3.1 Coulomb-Mohr屈服准则

2.3.2 Tresca屈服准则

2.3.3 Von·Mises屈服准则

2.3.4 Drucker-Prager屈服准则

第3章工具管自行走力学分析

3.1工具管的构成

3.2自行走动作机理

3.2.1管节前进的力学原理

3.2.2长距离行走的力学原理

3.2.3急转弯动作机理

3.3满足直线自行走的条件

3.3.1工具管前节前进时的设计推力

3.3.2所需的装备推力

3.3.3土体所能提供的最大反力

3.3.4 工具管前节前进条件

3.3.5 工具管中、后节前进条件

3.4增阻参数的探讨及算例分析

3.4.1增阻参数的选取

3.4.2选定增阻参数下的不同工况计算

3.5本章小结

第4章工具管自行走对土体作用的三维有限元分析

4.1有限元分析软件ANSYS简介

4.1.1 ANSYS求解过程

4.1.2 ANSYS中的接触理论

4.2土体本构模型的选择

4.3工具管自行走对土体作用的三维有限元分析

4.3.1三维有限元模型的建立

4.3.2计算结果及其分析

4.4工具管对土体的扰动机理和施工控制措施

4.4.1工具管施工对土体的扰动机理

4.4.2工具管施工环境危害的控制措施

4.5本章小结

第5章结论与建议

5.1本文的主要结论

5.2需要进一步研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢