基于流固耦合隧洞的有限元分析及其仿真

发布时间：2017-10-06 05:02

  本文关键词：基于流固耦合隧洞的有限元分析及其仿真

  更多相关文章： 隧洞 流固耦合 渗流 有限元

【摘要】：近年来,由于我国在西部地区交通和水利工程项目比较多,积累了丰富的施工经验,在隧道与地下工程技术上已取得阶段性的发展。隧道与地下工程有着不同于地面建筑的工程复杂性。造成地下隧洞工程复杂性的因素主要有:一是爆破、初期支护等施工人为因素;二是地应力、岩溶、地下水等一系列复杂的地质自然条件。其中作为自然因素之一的地下水是引起隧道安全隐患、施工困难和超支预算费用的主要原因。然而将渗流视为非耦合问题来研究,盲目简化计算会使计算结果产生较大的偏差。因此考虑流固耦合隧洞渗流影响问题的研究具有重要意义。本文对隧洞施工期的围岩应力应变进行了分析;基于ANSYS建立了两种方案(即有水量交换和无水量交换)下的施工期隧洞渗流计算模型并进行了渗流分析,分析了两种方案下,不同地下水位与渗流量的变化关系;分析了隧洞施工期渗流场单向耦合作用下围岩应力应变的特点。结果表明:有限元计算得到的隧洞应力应变符合一般规律,两种渗流计算模型方案的渗流量随着地下水位的上升也基本呈线性增加的形式。渗流和应力耦合时,渗流破坏了施工期隧道工程原有位移场和应力场的对称性,改变了其位移和应力的分布规律,此外,隧道右侧边墙和底板之间的应力和位移均较大,应关注此区域的应力变化来确保隧洞的结构安全。
【关键词】：隧洞 流固耦合 渗流 有限元
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.3 研究目标13
• 1.4 本文的研究内容13
• 1.5 本文的创新点13-14
• 第2章 隧洞围岩本构模型14-25
• 2.1 隧洞围岩弹塑性理论基础14-16
• 2.1.1 围岩材料屈服准则14
• 2.1.2 围岩材料硬化规律14-15
• 2.1.3 围岩材料流动规则15-16
• 2.2 Mor-Coulomb模型16-22
• 2.2.1 Mor-Coulomb屈服准则16-17
• 2.2.2 ANSYS二次开发工具UPFs17-18
• 2.2.3 用应力不变量表示Mor-Coulomb屈服准则18-20
• 2.2.4 Mohr-Coulomb屈服准则的弹塑性矩阵20-22
• 2.3 隧洞岩土Drucker-Prager屈服准则22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 隧洞初期支护围岩有限元分析25-37
• 3.1 某小型电站隧洞工程简介25-26
• 3.1.1 水文气象条件25-26
• 3.1.2 引水线路工程地质条件26
• 3.2 隧洞计算模型及方案26-31
• 3.2.1 隧洞有限元模型及其材料参数选取28-29
• 3.2.2 隧洞围岩初始地应力模拟29-30
• 3.2.3 基于ANSYS“生死单元技术”模拟开挖过程30-31
• 3.3 施工期隧洞围岩应力应变分析与讨论31-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 隧道施工期渗流有限元分析37-51
• 4.1 隧洞围岩地下渗流问题及求解目标37-38
• 4.2 基于ANSYS对隧洞渗流分析的理论基础38-41
• 4.2.1 ANSYS模拟分析渗流场38-41
• 4.2.2 基于ANSYS确定浸润线和逸出点41
• 4.3 隧洞工程渗流求解模型41-42
• 4.4 两种方案的隧洞渗流场分析42-47
• 4.5 隧洞渗流场影响因素的分析与讨论47-49
• 4.6 本章小结49-51
• 第5章 渗流对隧洞围岩工程的耦合分析51-59
• 5.1 流固耦合理论提出51
• 5.2 隧道地下工程流固影响机理51-53
• 5.3 岩体流固耦合模型分类53-54
• 5.4 基于ANSYS渗流对地下工程的耦合方法54-58
• 5.4.1 隧洞渗流场—应力场耦合求解过程55
• 5.4.2 基于单向耦合作用应力应变结果分析及讨论55-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 作者简历67

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本文编号：980847