基于隧道二衬表面应力状态的南城隧道安全性评估研究

发布时间：2017-10-19 11:51

  本文关键词：基于隧道二衬表面应力状态的南城隧道安全性评估研究

  更多相关文章： 运营隧道 围岩流变 极限有限元法 安全评估

【摘要】：改革开放以来,我国经济快速增长、综合国力不断提高,随之我国的隧道工程也得到了巨大发展。运营隧道的数量迅速增加,也引得人们对运营隧道安全性的极大关注。而我国在隧道检修监测方面起步较晚,目前还没有提出标准和规范的运营隧道监测量控技术和安全评估方法。本文以重庆南城隧道监测及安全评估项目为依托,在运营隧道二次衬砌应力的影响因素方面进行了详细研究,并提出根据极限分析有限元法,利用运营隧道二次衬砌表面应力对隧道进行安全评估的方法,实现了将监控量测技术与隧道量化安全评价相结合,为运营隧道的安全评估提供了一种更为简捷有效的办法。本文结合南城隧道的实际情况,利用有限元软件ANSYS对运营隧道的二次衬砌进行了两部分研究。(1)重点研究了围岩流变、二衬厚度不足、二衬背后空洞三种因素,对南城隧道二次衬砌应力的影响。为了模拟围岩蠕变,本文介绍了常见岩石流变模型的类型,并基于ANSYS软件模拟中蠕变隐式的计算原理,确定使用西原模型进行围岩流变的模拟。通过计算结果的对比分析得出:围岩流变使得隧道二次衬砌最大主应力呈先增大后衰减趋势,最终在约600天后趋于稳定;二衬厚度不足与二衬背后空洞,均使得病害处二衬拉应力明显增大。(2)根据极限分析有限元法,计算围岩材料参数在不同折减系数下,南城隧道二次衬砌表面应力,并拟合出二次衬砌表面应力变化值与折减系数的关系曲线。隧道在建成之后,若不考虑外荷载的情况,二次衬砌表面应力没有变化,然而实际的监测中能够测出二次衬砌表面应力的变化。本文利用极限分析有限元法,得到不同折减系数下,隧道拱腰处二衬表面应力累计变化值,提出隧道拱腰处二衬表面应力累计变化阈值,并拟合二衬表面应力累计变化值与折减系数的关系曲线。再根据南城隧道长期监控量测结果对南城隧道进行安全评估。本文以重庆南城隧道工程为依托,对运营隧道二次衬砌表面应力进行了研究,得到了隧道拱腰处二衬表面应力随折减系数变化的规律。为重庆南城隧道的安全评估提供了依据,同时也可为同类工程提供参考。
【关键词】：运营隧道 围岩流变 极限有限元法 安全评估
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.91
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 二次衬砌应力研究现状11-12
• 1.2.2 隧道安全评估研究现状12-13
• 1.3 研究思路13-14
• 1.4 本文主要研究内容与方法14-15
• 第二章 岩石流变理论及对二次衬砌的影响15-24
• 2.1 岩石流变学概论15
• 2.2 流变模型理论15-16
• 2.3 基本流变模型16-17
• 2.4 组合流变模型17-22
• 2.4.1 基本元件17-18
• 2.4.2 组合模型18-22
• 2.5 围岩流变对二次衬砌的影响22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 有限元法理论24-30
• 3.1 有限元法概论24
• 3.2 有限元法的基本原理24-25
• 3.3 有限元法分析的步骤25
• 3.4 有限元软件ANSYS25-27
• 3.4.1 ANSYS概述25
• 3.4.2 岩体的本构模型25-27
• 3.4.3 边界条件的设定27
• 3.5 围岩流变模拟方法27-29
• 3.5.1 初始地应力的模拟27
• 3.5.2 开挖与支护过程的模拟27-28
• 3.5.3 围岩流变过程的模拟28-29
• 3.6 本章小结29-30
• 第四章 运营隧道二衬应力影响因素研究30-54
• 4.1 南城隧道工程概况30-32
• 4.1.1 技术指标30-31
• 4.1.2 地形地貌31
• 4.1.3 气候特征31
• 4.1.4 地质特征31-32
• 4.2 隧道计算模型、参数及边界条件32-34
• 4.2.1 隧道计算模型及参数32-34
• 4.2.2 隧道计算模型边界条件34
• 4.3 运营隧道二次衬砌应力影响因素分析34-52
• 4.3.1 二衬最大主应力影响分析36-43
• 4.3.2 二衬拱顶处主应力影响分析43-46
• 4.3.3 二衬拱肩处主应力影响分析46-48
• 4.3.4 二衬拱腰处主应力影响分析48-50
• 4.3.5 二衬拱脚处主应力影响分析50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 基于二衬表面应力对隧道进行安全评估54-67
• 5.1 运营隧道安全等级评定标准54-55
• 5.2 极限分析有限元法55-56
• 5.3 有限元计算结果分析56-63
• 5.3.1 二衬主应力影响研究57-61
• 5.3.2 二衬表面力影响研究61-63
• 5.4 监控量测结果与有限元分析结果对比分析63-66
• 5.4.1 监控量测方法63-64
• 5.4.2 监控量测周期64-65
• 5.4.3 监控量测与有限元结果对比65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果73

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本文编号：1060952