超小中夹岩厚度条件下既有隧道力学特性研究

发布时间：2017-07-13 23:16

  本文关键词：超小中夹岩厚度条件下既有隧道力学特性研究

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【摘要】：根据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》,我国“十三五”期间将加强重大基础设施建设,高铁营业里程达到3万公里、覆盖80%以上的大城市,新建改建高速公路通车里程约3万公里。伴随中国城镇化的发展,交通拥堵问题日益突出,解决城市交通问题,城市隧道的修建是缓和城市交通拥堵问题的重要手段。由于地下空间开发受到限界、既有建筑物等各种条件的限制,更为复杂的超小中夹岩立体交叉隧道也已出现,并逐渐增多。针对超小中加岩厚度条件下,既有隧道由于新建隧道引起的结构力学特性研究十分缺乏。本文在查阅大量文献的基础上利用三维数值模拟软件midas GTS,通过交叉角度、围岩等级和开挖顺序等变量,对既有隧道由于新建隧道引起的结构力学特性进行研究,具体研究内容如下:①基于三维数值模拟32种工况,对比分析新建隧道引起既有隧道竖向位移场和横向位移场变化,研究既有隧道位移场变化规律。②基于衬砌结构力学分析特点,确定以第一主应力σ1和第三主应力σ3作为研究衬砌力学特性控制指标,通过对比分析新建隧道引起既有隧道第一主应力σ1和第三主应力σ3变化,研究既有隧道应力场变化规律。③基于二次衬砌结构破坏多为混凝土破坏,参考国内外有关规范,确定了新建隧道对既有隧道强影响区、弱影响区和无影响区的划分阈值。混凝土C25(二次衬砌采用型号)抗拉强度设计值ft=1.27MPa和抗压强度设计值fc=11.9MPa,以0.05倍ft(63.5kPa)和0.025倍ft(31.75kPa)作为第一主应力σ1划分既有隧道强影响区、弱影响区和无影响区的分界值;以-0.05倍fc(-595kPa)和-0.025倍fc(-297kPa)作为第三主应力σ3划分既有隧道强影响区、弱影响区和无影响区的分界值。④根据新建隧道对既有隧道影响区的划分准则,首次针对超小中夹岩厚度条件,确定了新建隧道对既有隧道影响区长度,同时,把既有隧道竖向位移和横向位移的收敛范围以定性分析结果作为既有隧道影响区划分的参考。研究结论可作为今后类似工程设计和施工的参考。
【关键词】：超小中加岩 立交隧道 既有隧道 影响分区
【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】：U451
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的及意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-15
• 1.3.1 近接隧道施工力学原理研究11-12
• 1.3.2 近接隧道施工近接度划分的研究12-13
• 1.3.3 近接隧道施工的研究方法13-15
• 1.4 本论文的主要研究内容及技术路线15-17
• 第二章 隧道围岩与结构数值分析基本原理17-28
• 2.1 有限元数值模拟基本原理17-18
• 2.2 屈服准则18-24
• 2.2.1 Tresca屈服准则19-20
• 2.2.2 Mises屈服准则20-21
• 2.2.3 Mohr-Coulomb准则21-22
• 2.2.4 Drucker-Prager准则22-24
• 2.3 有限元数值分析过程24-27
• 2.3.1 离散化结构24
• 2.3.2 选择位移模式24-25
• 2.3.3 分析单元的力学特性25-27
• 2.3.4 集合所有单元,建立整个结构的平衡方程27
• 2.3.5 求解未知节点位移和计算单元应力27
• 2.3.6 对己求出的位移和应力进行整理分析，得出所要的结果27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 超小中夹岩隧道计算模型28-35
• 3.1 隧道净断面的确定28-29
• 3.2 衬砌结构及支护参数的拟定29
• 3.3 隧道开挖方式的比选29-30
• 3.3.1 双侧壁导坑法29-30
• 3.3.2 上下台阶法30
• 3.4 有限元模型30-32
• 3.5 边界条件32-33
• 3.6 计算参数33
• 3.7 计算分步33-34
• 3.8 本章小结34-35
• 第四章 超小中夹岩条件下既有隧道衬砌结构位移场35-85
• 4.1 新建上穿隧道引起下方既有隧道位移场变化规律分析35-57
• 4.1.1 下方既有隧道衬砌结构竖向位移分析37-47
• 4.1.2 下方既有隧道衬砌结构横向位移分析47-57
• 4.2 新建下穿隧道引起既有隧道位移场变化57-79
• 4.2.1 上方既有隧道衬砌结构竖向位移分析58-68
• 4.2.2 上方既有隧道衬砌结构横向位移分析68-79
• 4.3 本章小结79-85
• 第五章 超小中夹岩条件下既有隧道衬砌结构应力场85-144
• 5.1 衬砌结构应力介绍和影响区划分阈值确定85-87
• 5.2 新建上穿隧道引起下方既有隧道衬砌结构应力场变化规律87-115
• 5.2.1 Ⅲ级围岩强工况下，下方既有隧道衬砌结构应力变化88-95
• 5.2.2 Ⅲ级围岩弱工况下，下方既有隧道衬砌结构应力变化95-102
• 5.2.3 Ⅳ级围岩弱工况下，下方既有隧道衬砌结构应力变化102-108
• 5.2.4 Ⅴ级围岩工况下，下方既有隧道衬砌结构应力变化108-115
• 5.3 新建下穿隧道引起上方既有隧道衬砌结构应力场变化规律115-141
• 5.3.1 Ⅲ级围岩强工况下，上方既有隧道衬砌结构应力变化115-121
• 5.3.2 Ⅲ级围岩弱工况下，上方既有隧道衬砌结构应力变化121-128
• 5.3.3 Ⅳ级围岩弱工况下，上方既有隧道衬砌结构应力变化128-134
• 5.3.4 Ⅴ级围岩弱工况下，上方既有隧道衬砌结构应力变化134-141
• 5.4 本章小结141-144
• 第六章 结论144-149
• 6.1 结论144-146
• 6.2 主要创新点146-147
• 6.3 展望147-149
• 致谢149-150
• 参考文献150-153
• 攻读学位期间发表的论著及取得的科研成果153

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