任意孔形隧洞锚杆力学分析的解析方法

发布时间：2023-03-24 03:59

　　地下隧洞的开挖和支护问题一直都是岩土及地下工程领域中的重难点问题,在地下工程的施工建设过程中,隧洞的开挖将引起围岩的变形和应力集中。工程上一般采用锚杆和衬砌对围岩进行支护,以改善围岩的应力分布并限制围岩产生过大的变形。影响隧洞支护效果的因素有很多,如原始地应力,围岩、锚杆的力学参数,隧洞和锚杆的几何参数,锚杆预紧力等,为了达到更好的支护效果,需要对比分析锚杆在不同布置方案下的轴力大小以及岩体在洞室开挖和支护后的应力场和位移场。本文将深埋地下隧洞中锚杆和围岩的相互作用问题简化为含一个孔洞的无限域域内作用多对集中力的平面应变问题。对于包含一个任意孔形隧洞的无限域,在域内任意点作用一个集中力荷载的问题,本文利用复变函数方法,通过保角变换将研究域映射到像平面上的单位圆圆外域,并结合柯西积分解法,获得了该问题应力场和位移场的精确解析解,并进一步根据弹性力学的叠加原理,得到了域内作用多对集中力时的应力和位移表达式。基于上述位移表达式,通过建立围岩与端头锚固锚杆接触点之间的位移协调条件并求解对应的线性方程组,即可得到锚杆在无预紧力和有预紧力这两种情形下的锚杆轴力大小,这为锚杆的支护优化设计提供了理论...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 研究进展及研究现状
        1.2.1 地下隧洞平面问题的研究
        1.2.2 隧洞锚杆支护问题的研究
    1.3 本课题研究内容
第2章 含任意孔形隧洞的无限域在域内作用一个集中力的解
    2.1 平面弹性复变函数方法的理论基础
        2.1.1 应力函数的复变函数表示
        2.1.2 应力和位移分量的复变函数表示
        2.1.3 边界条件的复变函数表示
        2.1.4 保角变换方法
    2.2 无孔时在域内作用一个集中力的解
    2.3 任意孔形隧洞拟开挖模型的解
        2.3.1 解析函数φ₂(ζ)的求解过程
        2.3.2 解析函数ψ₂(ζ)的求解过程
    2.4 解析函数φ(ζ)和ψ(ζ)的表达式及应力位移场的求解
        2.4.1 解析函数的叠加
        2.4.2 应力和位移分量的表示
    2.5 本章小结
第3章 仅在地应力作用下任意孔形隧洞的开挖过程
    3.1 含任意孔形隧洞的无限域仅在地应力作用下的解析函数
        3.1.1 解析函数φ₃(ζ)的求解过程
        3.1.2 解析函数ψ₃(ζ)的求解过程
        3.1.3 隧洞开挖后的应力场
    3.2 隧洞开挖引起的围岩位移
        3.2.1 无孔时仅在地应力作用下的解析函数
        3.2.2 隧洞开挖对应的解析函数
        3.2.3 开挖引起的位移
    3.3 本章小结
第4章 端头锚固锚杆的轴力计算原理
    4.1 位移分量与集中力线性关系的确定
    4.2 仅在集中力作用下的相对位移计算
    4.3 开挖引起的相对位移计算
    4.4 锚杆与围岩接触点间位移协调条件的建立
    4.5 锚杆轴力及预紧力的计算
        4.5.1 已知预紧力,求解锚杆最终轴力
        4.5.2 给定锚杆最终轴力,求解所需预紧力
    4.6 本章小结
第5章 锚杆轴力的力学分析
    5.1 隧洞孔形及侧压力系数对锚杆轴力的影响
    5.2 弹模比对锚杆轴力的影响
    5.3 锚杆长度对锚杆轴力的影响
    5.4 预紧力对锚杆轴力的影响
    5.5 锚杆最终轴力值范围的确定及所需预紧力的计算
    5.6 锚杆对围岩应力状态的影响
    5.7 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作
致谢
作者简介



本文编号：3769399