应变软化模型在浅埋土质隧道数值模拟中的应用
本文选题:浅埋隧道 + 数值模拟 ; 参考:《华中科技大学》2014年硕士论文
【摘要】:在浅埋土质隧道掘进过程中,当土体变形达到一定程度后,由于土体的应变软化特性,土体强度明显降低,从而使得隧道易发生失稳、冒顶、坍塌等现象。因此,土体的应变软化特性对浅埋土质隧道的稳定性易造成不利影响。然而,目前大多数关于浅埋土质隧道的研究并未考虑土体应变软化特性。 针对以上问题,本文采用FLAC3D建立三维数值仿真模型,在模拟隧道开挖过程中考虑土体的应变软化特性,以探究其对浅埋土质隧道的稳定性影响。 首先,介绍了FLAC3D中应变软化模型的相关理论,并结合直剪试验,明确开挖现场土体应变软化的相关参数。基于现场监控量测数据,确定在三维仿真模型中土体开挖时、初期支护施加时、二衬施加时对应的应力释放率。 其次,,采用FLAC3D中内嵌的摩尔-库伦应变软化模型和摩尔-库伦理想弹塑性模型分别对隧道施工过程进行模拟,结果表明:与理想弹塑性模型相比,采用应变软化模型计算得到的隧道土体变形、掌子面内空位移以及土体塑性区范围都明显较大。因此,忽略土体应变软化特性的浅埋土质隧道设计偏于危险。 最后,对FLAC3D中应变软化模型的相关参数(强度折减率、临界塑性软化系数)引起的隧道开挖的力学响应进行分析,结果表明:隧道土体变形、掌子面内空位移以及土体塑性区范围均随强度折减率或临界塑性软化系数的减小而增大,且强度折减率对其影响更大。 本文的研究成果可为浅埋土质隧道的设计与施工提供有益的参考。
[Abstract]:In the tunneling process of shallow buried soil tunnel, when the deformation of soil reaches a certain degree, the strength of soil decreases obviously due to the strain softening characteristics of soil, which makes the tunnel prone to instability, roof fall, collapse and other phenomena. Therefore, the strain softening property of soil easily affects the stability of shallow soil tunnel. However, most researches on shallow-buried soil tunnels do not take strain softening into account. To solve the above problems, a three-dimensional numerical simulation model is established by using FLAC3D to simulate the strain softening characteristics of soil in the process of tunnel excavation, so as to explore its influence on the stability of shallow buried soil tunnel. Firstly, the theory of strain softening model in FLAC3D is introduced, and the related parameters of soil strain softening in excavation site are determined by direct shear test. Based on the field monitoring data, the stress release rate is determined when the soil is excavated in the three-dimensional simulation model, when the initial support is applied, and when the second lining is applied. Secondly, the Mole-Coulomb strain softening model and the Moor-Coulomb ideal elastic-plastic model embedded in FLAC3D are used to simulate the tunnel construction process respectively. The results show that compared with the ideal elastic-plastic model, The strain softening model is used to calculate the deformation of tunnel soil, the displacement in the face of the tunnel and the plastic zone of the soil are obviously larger. Therefore, the design of shallow soil tunnel which neglects the strain softening characteristics of soil is dangerous. Finally, the mechanical response of tunnel excavation caused by the parameters of strain softening model (strength reduction rate, critical plastic softening coefficient) in FLAC3D is analyzed. The void displacement and the range of soil plastic zone increase with the decrease of strength reduction rate or critical plastic softening coefficient, and the strength reduction rate has more influence on it. The research results of this paper can provide a useful reference for the design and construction of shallow-buried soil tunnel.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U452.11
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 王水林;郑宏;刘泉声;郭明伟;葛修润;;应变软化岩体分析原理及其应用[J];岩土力学;2014年03期
2 赵启林,王景全,孙宝俊;考虑材料应变软化的弹塑性有限元解法研究[J];计算力学学报;2003年05期
3 K.赫格;魏汝龙;;应变软化粘土的有限单元分析[J];水利水运科技情报;1973年S2期
4 郭瑞平,李广信,阪上最一;土的应变软化模型及其在边值问题中的应用[J];清华大学学报(自然科学版);2000年08期
5 赵启林,牛海清,卓家寿;应变软化材料的几个基本问题研究进展[J];水利水运工程学报;2001年03期
6 刘杰民;;二元扰动有限元法和应变软化材料的数值模拟[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期
7 吴玉忠;岩石应变软化弹塑性有限元分析[J];北京科技大学学报;1989年04期
8 张强;王水林;葛修润;;圆形巷道围岩应变软化弹塑性分析[J];岩石力学与工程学报;2010年05期
9 Dimitri A.Grivas;Robin N.Chowdhury;王浣;;在应变软化土中“φ=0”的概率统计稳定分析[J];江苏水利;1986年01期
10 钱觉时,王智,罗晖;混凝土应变软化关系及其确定[J];大连理工大学学报;1997年S1期
相关会议论文 前5条
1 赵启林;吴天寿;卓家寿;;考虑材料软化特性的结构分叉分析[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
2 黄磊;卢义玉;夏彬伟;贾亚杰;黄飞;;深埋软弱岩层钻孔围岩应变软化弹塑性分析[A];《岩土力学》vol.34 增刊1 2013[C];2013年
3 张崇厚;刘西拉;;多轴受压状态下混凝土的宏观裂缝与应变软化行为[A];混凝土结构基本理论及应用第二届学术讨论会论文集(第一卷)[C];1990年
4 郭瑞平;李广信;阪上最一;;土应变软化性状的弹塑性模拟[A];中国土木工程学会第八届土力学及岩土工程学术会议论文集[C];1999年
5 徐嘉谟;;等距性断裂形成条件和机理的研究[A];岩石力学在工程中的应用——第二次全国岩石力学与工程学术会议论文集[C];1989年
相关博士学位论文 前2条
1 郑立宁;基于应变软化理论的顺层边坡失稳机理及局部破坏范围研究[D];西南交通大学;2012年
2 王学滨;应变软化材料变形、破坏、稳定性的理论及数值分析[D];辽宁工程技术大学;2006年
相关硕士学位论文 前7条
1 刘飞;基于应变软化模型的岩石应变局部化数值分析[D];中国矿业大学;2015年
2 侯晨;新城金矿5#矿体-536m采矿巷道围岩稳定性监测与模拟[D];东北大学;2013年
3 张亮;基于应变软化模型的深基坑桩锚支护结构受力变形特性研究[D];湘潭大学;2015年
4 乐巧丽;应变软化土坡的稳定性分析[D];广东工业大学;2016年
5 汪海博;应变软化模型在浅埋土质隧道数值模拟中的应用[D];华中科技大学;2014年
6 符新军;饱和粉土质砂应变软化特性的试验研究[D];河海大学;2006年
7 李正立;考虑损伤及应变软化特性的巷道围岩变形破坏机理研究[D];中国矿业大学;2014年
本文编号:1899201
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/1899201.html