两江新区过水隧道施工全过程力学行为研究

发布时间：2017-04-17 13:04

  本文关键词：两江新区过水隧道施工全过程力学行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：隧道工程的快速发展加快了交通建设发展的进程,隧道一般按用途分为交通隧道、水工隧道、市政隧道及矿山隧道,本文主要是隧道中的过水隧道施工全过程的力学行为研究,过水隧道是水工隧道中的一种,水工隧道是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分,水工隧道是在山体中或地下开凿的过水洞。水工隧道可用于灌溉、发电、供水、泄水、输水、施工导流和通航[1]。隧道在修建过程中会遇到各种各样的问题,比如隧道施工方法和开挖方法的选择,各种病害对隧道的影响。文章主要研究过水隧道修建的4个问题:合理开挖方法的力学行为研究、水对隧道掌子面的影响研究、隧道上方回填对隧道衬砌的影响研究及隧道监控量测数据和有限元数值模拟分析结果进行对比。①合理开挖方法的力学行为研究:因为隧道段围岩为新近人工填土,填土松散,围岩级别确定为VI级,所以选择的开挖方法为CD法开挖,这部分主要是利用有限元软件ANSYS模拟隧道开挖,通过模拟CD法开挖得出隧道在开挖过程中各种力学现象,如开挖隧道过程中隧道围岩、衬砌的位移变化,应力的变化。②水对隧道掌子面的影响研究:对隧道开挖及运营安全性的影响因素很多,水对隧道的影响是其中很重要的一个方面,这部分就是水对隧道掌子面的影响性研究,主要是利用FLAC有限差分法模拟在不同水头高度时隧道掌子面的位移值来得出隧道掌子面失稳的水压力临界值,从而为隧道的施工提出合理的施工方案来防止其它掌子面发生类似情况,从而指导施工。通过计算分析得出掌子面开挖过程中需对隧道加强支护措施,比如多打设超前小导管、提高锚杆的参数,必要时还可以打超前大管棚。③隧道上方回填对隧道衬砌的影响:根据工程的需要,要在裸露在外的过水隧道(部分暗挖和明挖段)上方进行回填至与路基齐平,所以需要在隧道(已修建二村)上方进行回填处理,回填必然对隧道衬砌造成影响,这部分就是利用有限元软件ANSYS模拟出不同高度的回填对隧道衬砌影响的力学行为,通过得出的结果及工期等因素找出最佳的回填高度。④隧道监控量测数据和有限元数值模拟分析结果进行对比:通过现场监控量测数据和有限元分析数据的对比分析可以知道。现场监控量测和有限元分析在规律上具有一致性,现场监控量测数据和有限元分析数据产生一定偏差的不可避免性,通过现场监控量测数据和有限元分析数据的对比分析充分验证了有限元分析的可靠性。
【关键词】：过水隧道 力学行为 开挖方法 有限差分 有限元
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV554
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究的背景10
• 1.2 国内外隧道工程的发展10-14
• 1.2.1 过水隧道工程的发展12-13
• 1.2.2 掌子面稳定性研究现状13-14
• 1.3 目前主要存在的问题14
• 1.4 研究方法和主要内容14-16
• 第二章 工程概况16-24
• 2.1 工程简介16-17
• 2.2 自然地理17
• 2.3 工程地质条件17-19
• 2.3.1 地形地貌17
• 2.3.2 地层岩性17-18
• 2.3.3 地质构造与地震18
• 2.3.4 水文地质18-19
• 2.3.5 人类工程活动19
• 2.4 岩土物理力学性质19-22
• 2.4.1 填土现场试验统计19
• 2.4.2 岩土物理力学指标统计、岩土参数取值及岩体基本质量等级19-22
• 2.5 隧道围岩分级22
• 2.5.1 围岩岩体结构特征22
• 2.5.2 隧道围岩分级22
• 2.5.3 隧道工程地质评价22
• 2.5.4 隧道施工工程措施建议评价22
• 2.6 环境保护22-24
• 第三章 有限元法和有限差分法理论24-37
• 3.1 有限元法理论24-25
• 3.1.1 有限元法发展过程24
• 3.1.2 有限元法分析的步骤24-25
• 3.1.3 本构模型的选择25
• 3.2 FLAC3D软件综述25-33
• 3.2.1 FLAC3D软件界面25-26
• 3.2.2 FLAC3D计算基本原理26-27
• 3.2.3 FLAC3D求解过程及步骤27-30
• 3.2.4 FLAC3D本构模型的选择30-31
• 3.2.5 地下水渗流理论31-33
• 3.3 开挖面稳定数值模拟计算的实现33-36
• 3.3.1 计算模型尺寸与网络的确定33-34
• 3.3.2 材料参数的选取34
• 3.3.3 初始条件与隧道开挖的模拟34-35
• 3.3.4 临界水压力的确定35-36
• 3.3.5 流固耦合计算过程36
• 3.4 有限元分析和有限差分法分析在本论文中的作用36-37
• 第四章 过水隧道的开挖方法力学性研究37-50
• 4.1 施工方法的比选37
• 4.2 几种典型的开挖方法37-38
• 4.3 合理开挖方法的选择38
• 4.4 开挖方法CD法的力学行为研究38-39
• 4.4.1 有限元模型38-39
• 4.5 有限元计算结果分析39-49
• 4.5.1 围岩位移分析39-42
• 4.5.2 初期支护位移分析42-44
• 4.5.3 围岩应力分析44-46
• 4.5.4 初支应力分析46-49
• 4.5.5 数据统计及分析49
• 4.6 本章总结49-50
• 第五章 过水隧道水对掌子面的影响研究50-57
• 5.1 掌子面稳定性研究分析50-55
• 5.1.1 计算模型50-51
• 5.1.2 计算说明51
• 5.1.3 计算结果与分析51-55
• 5.2 施工方案研究55
• 5.3 本章总结55-57
• 第六章 过水隧道上方回填对隧道的影响研究57-74
• 6.1 回填方法简述57-58
• 6.2 过水隧道上方回填典型工况58
• 6.3 有限元模型58-60
• 6.4 有限元计算结果分析60-68
• 6.4.1 工况一：0.5m回填高度60-63
• 6.4.2 工况二：1m回填高度63-66
• 6.4.3 工况三：2m回填高度66-68
• 6.5 不同回填高度对比分析68
• 6.6 偏压回填模拟68-72
• 6.6.1 有限元计算结果69-72
• 6.6.2 有限元计算结果的分析72
• 6.7 本章总结72-74
• 第七章 监控量测结果与有限元结果对比分析74-80
• 7.1 现场监控量测内容及方案设计74-75
• 7.2 洞周边收敛和拱顶下沉对比分析75-78
• 7.3 监控量测结果与有限元结果对比分析78-79
• 7.4 本章总结79-80
• 第八章 结论与展望80-82
• 8.1 结论80-81
• 8.2 展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 攻读学位期间取得的研究成果86

【参考文献】

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1 刘金跃;引水隧洞围岩稳定性研究[D];河北工程大学;2013年

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本文编号：313263