隧道围岩变形的空间效应研究

发布时间：2018-01-30 22:18

  本文关键词： 隧道围岩 松动变形 屈服准则 空间效应 数值模拟　出处：《西安科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：围岩松动变形是地下工程在开挖后出现的反映结构稳定性和失稳特性的重要参考指标,体现了隧道围岩的破裂和内部应力的改变情况。由于围岩的自承能力和残余强度的存在,因此考虑空间效应条件下围岩的弹塑性变形具有二次释放的特征,在变形分次释放后围岩支护结构会达到新的平衡状态。现阶段的研究考虑开挖面的推进对围岩支护结构影响的分析尚不多见,围岩松动区的应力应变计算尚不完善,因此研究开挖面推进对围岩变形的影响在围岩支护结构相互作用理论中具有重要的意义。本文从隧道围岩变形的基本机理着手,基于弹塑性理论,对隧道围岩经开挖后的应力和位移等进行理论计算;运用数值模拟软件对隧道开挖过程进行模拟,寻求空间效应的基本规律,具体研究内容及成果如下:(1)以轴对称圆形隧道为例,计算在M C屈服准则下围岩的应力和变形;对围岩破坏进行分析,将开挖扰动简化为单自由度的震动;从引起围岩破坏的因素入手分析围岩破坏的原因。(2)阐述空间效应理论并对隧道开挖过程中引起的空间效应进行图解,详细分析空间效应曲线,并对支护时机加以讨论,分析考虑空间效应的围岩支护相互作用,并计算在D P和H B准则下考虑空间效应的围岩松动圈力学参数;对考虑空间效应引起的围岩内物理参数变化进行分析。(3)利用MIDAS有限元软件建立全断面开挖模型,得到开挖面推进时对推进面前后的拱顶沉降以及侧帮位移等数据。经与模拟结果对比表明,开挖距离为1~2倍的洞室直径范围内,开挖时间在5~10天内拱顶沉降量增长最为迅速,其后趋于平缓。本文提出了在不同屈服准则下的应力位移的计算方法,为隧道变形计算提供了较为便捷的方法,并据此获得围岩松动的大致情况;根据开挖面空间效应的研究结论提出了合理有效的支护距离以及支护时机,为优化支护提供参考。
[Abstract]:The loose deformation of surrounding rock is an important reference index to reflect the structural stability and instability characteristics of underground engineering after excavation. Due to the existence of self-supporting capacity and residual strength of surrounding rock, the elastoplastic deformation of surrounding rock has the characteristics of secondary release considering the spatial effect. The surrounding rock support structure will reach a new equilibrium state after the partial release of deformation. At this stage, the analysis of the influence of excavation surface on the surrounding rock support structure is rare. The calculation of stress and strain in loose zone of surrounding rock is not perfect. Therefore, it is of great significance to study the influence of excavation surface propulsion on surrounding rock deformation in the theory of wall rock support structure interaction. This paper starts with the basic mechanism of tunnel surrounding rock deformation, based on elastic-plastic theory. The stress and displacement of surrounding rock after excavation are calculated theoretically. The numerical simulation software is used to simulate the excavation process of the tunnel to find the basic law of the spatial effect. The concrete research contents and results are as follows: 1) take the axisymmetric circular tunnel as an example. The stress and deformation of surrounding rock under M ~ (C) yield criterion are calculated. The failure of surrounding rock is analyzed, and the excavation disturbance is simplified as the vibration of single degree of freedom. From the causes of surrounding rock failure analysis of the reasons for surrounding rock damage. 2) expound the spatial effect theory and the tunnel excavation process caused by the spatial effect of graphic analysis of the spatial effect curve. The time of supporting is discussed, the surrounding rock support interaction considering space effect is analyzed, and the mechanical parameters of surrounding rock loosening zone considering space effect are calculated under D / P and H / B criteria. The change of physical parameters in surrounding rock caused by space effect is analyzed. (3) the full-section excavation model is established by using MIDAS finite element software. The data of dome settlement and lateral displacement in front of the excavation face are obtained. The comparison with the simulation results shows that the excavation distance is within 2 times of the diameter of the cavern. The excavation time increases most rapidly within 10 days, and then tends to be gentle. In this paper, the calculation method of stress and displacement under different yield criteria is put forward. It provides a convenient method for the calculation of tunnel deformation and obtains the general situation of surrounding rock loosening. According to the research conclusion of the spatial effect of excavating surface, the reasonable and effective support distance and the supporting opportunity are put forward, which provides a reference for the optimization of support.
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U451.2

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本文编号：1477377