基于流固耦合的公路隧道取消仰拱原则研究

发布时间：2018-01-03 13:18

  本文关键词：基于流固耦合的公路隧道取消仰拱原则研究　出处：《重庆交通大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：仰拱作为隧道衬砌结构的重要构筑物，在隧道工程中起着重要作用。仰拱可以提高整个隧道的稳定性，增强支护结构的整体刚度，抑制围岩的过大形变。隧道仰拱的设置也可有效的降低隧道发生病害的概率。《公路隧道设计规范》JTGD70-2004规定，在围岩等级较低时隧道宜设置仰拱。运用工程类比法设计复合式衬砌时，Ⅳ、Ⅴ级围岩地段两车道公路隧道需要设计仰拱；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段三车道公路隧道应设计仰拱。但在哪种围岩条件、隧道跨度条件下公路隧道需要设置仰拱规范并没有给出明确的理论依据。对于低级别围岩条件下公路隧道仰拱设置与否及参数等问题，国内外相关研究还比较少。从仰拱的作用、相关规范及经济效益出发，研究低级别围岩地段隧道取消仰拱原则就显得尤为重要。 本文以重庆南山隧道为依托工程，考虑地下水，基于流固耦合理论，根据该隧道Ⅳ级围岩的实际地质条件、断面形式、支护参数以及开挖步序，采用大型有限元通用软件ANSYS模拟隧道开挖过程，分析了以下三个内容： （1）结合南山隧道Ⅳ级围岩部分段落取消仰拱的实际情况，，采用有限元软件ANSYS对隧道开挖工序进行模拟。分别考虑应力场和渗流场－应力场耦合的情况，对Ⅳ级围岩强度进行折减，以ANSYS计算不收敛与隧道结构特征部位的位移突变相结合考虑作为判断隧道稳定性的标准，得出无仰拱隧道结构破坏时的强度参数。归纳出南山隧道Ⅳ级围岩段取消仰拱的一般原则。通过对比分析有限元计算的结果与现场监控量测数据，检验有限元计算结果的合理性。 （2）假定Ⅲ、Ⅳ级围岩隧道在不同跨度下不设置仰拱，采用有限元分析方法建立不同工况。分析在不同跨度条件下，无仰拱隧道在开挖过程中的力学行为。根据分析评价Ⅲ、Ⅳ级围岩隧道在不同跨度条件下的安全性能。并分析了采用注浆锚杆代替仰拱措施的可行性。 （3）以南山隧道为工程背景，假定在Ⅳ级围岩段隧道取不同仰拱设计参数，采用有限元分析方法建立不同工况。分析不同工况中，隧道每一步施工步序下的隧道结构的力学特性。根据分析得出Ⅳ级围岩隧道两车道隧道合理的仰拱参数。
[Abstract]:The invert arch is an important structure of tunnel lining structure , plays an important role in the tunnel engineering . The invert arch can improve the whole tunnel stability , enhance the overall stiffness of the support structure and inhibit the excessive deformation of the surrounding rock . Taking Nanshan Tunnel in Chongqing as a supporting project , considering the ground water , based on the theory of flow - solid coupling , according to the actual geological conditions , section form , supporting parameters and excavation sequence of the Class 鈪

本文编号：1374044