考虑接触效应的外水压力下隧道衬砌计算方法研究

发布时间：2019-09-23 17:16

【摘要】：随着我国岩溶隧道、水下隧道和引水隧洞等类工程建设的日益增多，以及工程实践的需要、环保理念的增强和技术水平的进步，隧道外水压力引起的问题日益突出。因此，本文对外水压力下的隧道衬砌结构简化计算方法开展研究非常有必要。 外水压力下的隧道复合衬砌初期支护和二次衬砌之间的作用关系、围岩对二次衬砌的约束作用等问题都与复合衬砌间初支和二衬接触状态有着直接的关系，因此对复合衬砌初支和二衬间接触关系的研究就显得尤为重要。 随着科学技术的进步和科学水平的发展，接触理论的成熟和有限元分析软件的广泛应用，将接触分析引入到隧道工程领域，使应用有限元接触理论来分析隧道复合衬砌初支和二次衬砌之间的接触状态成为一种可能。 本文以湘江隧道工程为依托，系统研究了外水压力下隧道复合衬砌初支和二衬间的接触状态、水压力、围岩压力对隧道衬砌结构安全性的影响、外水压力下复合衬砌初支和二衬间接触力的变化规律、外水压力下隧道大断面衬砌结构验算，进行的工作和取得的成果如下： ①系统表述了隧道复合衬砌初期支护和二次衬砌之间的接触状态，并针对外水压力下复合衬砌初支和二衬之间的接触状态提出相应的接触界面模型。 ②应用ANSYS有限元分析软件对隧道初支和二衬处于接触状态进行分析，模拟开挖过程，激活二次衬砌调整接触状态，使初支和二衬间建立接触对，成功将接触分析应用到隧道工程中。 ③基于ANSYS计算软件，选用接触单元，初步建立了考虑接触效应的外水压力下隧道衬砌计算方法，并进行了计算对比分析。 ④对隧道承受围岩压力和高水压进行衬砌结构计算，指出隧道在承受围岩压力的前提下，加载水荷载会对二次衬砌受力特性产生影响。 ⑤首次分析了外水压力下的隧道二次衬砌与初期支护的接触效应，，通过对依托工程长沙湘江隧道的计算模拟，研究了在水压力不断增大过程中隧道初支和二次接触压力的变化规律；针对性提出对易破坏部位进行加强配筋以及二次衬砌断面型式对外水压力下隧道结构安全的显著影响。
【图文】：

(c) 二次衬砌弯矩图 4-4 工况二：Ⅱ类围岩断面计算云图对比图（左：围岩释放系数 10%；右：围岩释放系数 10%+拱顶水头 10m）表 4.6 考虑围岩压力外水压力作用前后的二次衬砌内力值衬砌物理量Ⅱ类围岩围岩释放系数 10%围岩释放系数10%+拱顶水头 10m内力最大正剪力/KN 347.9 351.2最大负剪力/KN 354.5 350.3最大拉轴力/MN -- --最大压轴力/MN 2.26 2.42最大负弯矩/KN·m 148.1 133.3最大正弯矩/KN·m 220.2 237.4根据云图 4-4 和表 4.6 数据可知：

50(d) 二次衬砌素混凝土安全性图 4-5 工况三：Ⅱ类围岩断面计算云图对比图（左：无外水压力；右：拱顶水头 30m）表 4.8 外水压力作用前后的二次衬砌内力与安全性衬砌物理量Ⅱ类围岩无外水压力 有外水压力内力最大剪力/KN 398.64 1380最大拉轴力/MN -- --最大压轴力/MN 1.75 5.47
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U451.4

【参考文献】

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本文编号：2540387