地下洞室围岩压力分析及深圳地铁盾构法施工的数值模拟

作     者：丛蓉 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毕继红

授予年度：2004年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：有限元法 围岩压力 材料非线性 地下洞室 

摘      要：围岩压力是洞室经过开挖后的应力重分布形成的应力,它是进行洞室支护设计时必不可少的参数。因此研究它是必要的。本文运用有限元法的基本原理,采用有限元分析软件ANSYS对各种洞室的围岩应力状态进行了数值模拟分析。并将其分析结果与规范规定及传统方法的简化公式求得的结果作了比较,得出了一些有益的结论,同时提出在实践中所需注意的问题。 本文系统介绍了估算围岩压力的各种基本方法(包括规范方法、普氏理论、太沙基法、岩柱理论等简化方法),并运用这些方法对各种洞室进行计算。有限元软件分析中,考虑了岩体的材料非线性,网格划分时采用了四结点的等参元。考虑塑性变形时,应用了德鲁克-普拉格(Drucker-Prager)屈服准则。求解时,运用了牛顿-拉普森法进行迭代求解。文中,列举出了大量的算例,并对这些算例进行了细致的有限元分析,为实践中应用某些简化公式提供了可靠的参考依据,并衡量出各种简化方法的适用范围,提出了一些有益的建议。同时,总结了深埋洞室、浅埋洞室及浅埋山坡处洞室围岩压力的分布规律,考虑了各种因素(如洞室形状、埋置深度、粘聚力、摩擦角等)对围岩压力的影响。 另外,本文还针对实际工程(深圳城市轨道交通二期1号线续建工程),进行了数值模拟与研究。由于该工程为双线隧道工程,其间距不符合规范要求,因此运用有限元法对其进行较为精确的力学分析,从而提出此工程的可行性以及在施工过程中的需要注意的问题。