基于Cosserat介质理论的板岩隧道预留变形量研究

发布时间：2017-04-03 02:12

  本文关键词：基于Cosserat介质理论的板岩隧道预留变形量研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：板岩隧道的设计与施工要考虑预留变形量的问题。因此,合理的计算并选择预留变形量对工程具有重要的指导意义。本文首先阐述了Cosserat介质理论并给出了Cosserat介质理论的有限元格式,然后结合具体的工程计算了板岩隧道的预留变形量,给以后的工程提供了借鉴。因为隧道工程的力学参数具有不确定性的特点,通过单一的结果衡量整个工程是不合理的,本文利用蒙特卡罗随机方法对隧道围岩的力学参数进行了处理,并且对隧道的预留变形量的计算结果进行了统计分析,给出了预留变形量的几个特征值,如平均值,最大值与最小值。除此,本文利用Matlab语言编制了普通介质理论和Cosserat介质理论的有限元程序,实现了开挖、衬砌与锚杆支护以及支护时机等隧道施工的关键步骤并且计算了隧道的预留变形量,同时给出了两者之间的比较。
【关键词】：预留变形量 Cosserat介质理论 蒙特卡罗随机方法 有限元程序
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 序言8-11
• 1 引言11-21
• 1.1 问题的提出11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 Cosserat介质理论研究现状11-17
• 1.2.2 蒙特卡罗随机方法研究现状17-18
• 1.3 研究目的与研究内容18-19
• 1.3.1 研究目的18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 1.4 技术路线19-21
• 2 COSSERAT理论21-31
• 2.1 经典弹性连续介质平面应变控制方程21-24
• 2.1.1 平衡微分方程22-23
• 2.1.2 几何方程23
• 2.1.3 物理方程23-24
• 2.1.4 边界条件24
• 2.2 COSSERAT理论平面应变控制方程24-30
• 2.2.1 平衡微分方程27-28
• 2.2.2 几何方程28-29
• 2.2.3 物理方程29-30
• 2.2.4 边界条件30
• 2.3 小结30-31
• 3 蒙特卡罗随机方法31-37
• 3.1 蒙特卡罗方法基本思想31
• 3.2 蒙特卡罗方法的收敛性31-32
• 3.3 随机变量分布与MATLAB命令32-35
• 3.3.1 概率密度函数与概率分布函数32-34
• 3.3.2 产生已知分布随机数Matlab命令34-35
• 3.4 蒙特卡罗方法计算流程35-36
• 3.5 小结36-37
• 4 有限元程序的实现37-59
• 4.1 锚杆作用与桁架单元38-42
• 4.2 土体与实体单元42-48
• 4.2.1 等参单元43-45
• 4.2.2 边界条件45
• 4.2.3 自重引起的等效节点荷载45-46
• 4.2.4 高斯积分46
• 4.2.5 整体刚度矩阵的形成46-47
• 4.2.6 土体位移算例47-48
• 4.3 开挖、支护时机与初始地应力48-55
• 4.3.1 开挖48-55
• 4.3.2 支护时机55
• 4.3.3 初始地应力55
• 4.4 蒙特卡罗随机方法与有限元程序的结合55-56
• 4.5 COSSERAT介质理论的有限元实现56-57
• 4.5.1 位移函数56
• 4.5.2 应变矩阵56-57
• 4.5.3 应力矩阵57
• 4.6 小结57-59
• 5 预留变形量59-69
• 5.1 工程概况60
• 5.2 几何、力学参数与网格60-64
• 5.3 边界条件、特征点的选择以及荷载释放系数64-65
• 5.4 预留变形量计算方法65-67
• 5.5 预留变形量计算结果分析67-68
• 5.6 小结68-69
• 6 结论与展望69-71
• 参考文献71-73
• 附录A73-97
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果97-101
• 学位论文数据集101

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