本文選題：非圓形洞室 + 等代圓　； 參考：《湖南大學》2015年碩士論文

【摘要】：隨著人口不斷增加、國家經(jīng)濟和國防建設的快速發(fā)展,地下空間的開發(fā)利用逐步展開,人們在地層中開挖各種形狀和尺寸的地下洞室、隧道和巷道等,而地下洞室開挖后其周邊圍巖的彈塑性應力和位移分布對于后期圍巖支護結(jié)構(gòu)的設計、施工以及洞室圍巖穩(wěn)定性分析有著重要影響。因此,用來表征地下洞室開挖后圍巖應力和位移關系的彈塑性圍巖收斂曲線(Ground Response Curve簡稱GRC)的研究成為地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析的重要環(huán)節(jié)。限于當前彈塑性力學發(fā)展水平,目前僅圓形洞室具有完整的圍巖收斂曲線解析形式,非圓形洞室需要通過復雜的數(shù)值方法擬合。為提高非圓形洞室計算效率,拓展解析法的適用范圍,有利于收斂-約束法在非圓形地下洞室支護設計中的應用,本文基于等代圓理論探討了非圓形洞室近似解析圍巖收斂曲線(GRC)的構(gòu)建方法。首先,分別推演了不考慮塑性擴容的Karstner彈塑性圍巖收斂曲線和Duncan-Fama彈塑性圍巖收斂曲線的建立過程,并對現(xiàn)有的等代圓理論作了詳細的歸納分析。其次,以直墻拱形洞室為例,采用數(shù)值方法求得非圓形洞室開挖后在不同支護阻力作用下洞周圍巖的彈塑性應力和位移并繪制相應的圍巖收斂曲線,與在相同的初始條件下基于各種等代圓方法建立的近似圍巖收斂曲線(GRC)解析解做對比分析,揭示各等代圓方法的適用性。然后,按照研究直墻拱形洞室的方法,分別分析矩形和曲墻拱形洞室在求解近似圍巖收斂曲線時最適用的等代圓方法,并分析跨高比、圍巖級別及洞室埋深等因素對等代圓方法選用的影響。最后,引用工程實例對前文得出的結(jié)論進行分析驗證,并開展非圓形洞室的模型試驗研究,監(jiān)測矩形洞室開挖后洞周圍巖應力和位移,繪制相應圍巖收斂曲線,與用本文方法求解得到的矩形洞室近似圍巖收斂曲線(GRC)做對比分析,進一步驗證了本文方法的有效性和實用性。
[Abstract]:With the increasing population, the rapid development of national economy and national defense, the development and utilization of underground space, people excavate underground caverns, tunnels and roadways of various shapes and sizes in the stratum. The elastic-plastic stress and displacement distribution of surrounding rock around underground cavern after excavation has important influence on the design, construction and stability analysis of surrounding rock. Therefore, the study of the elastoplastic surrounding rock convergence curve ground Response Curve, which is used to characterize the stress and displacement of surrounding rock after excavation, has become an important link in the stability analysis of underground cavern surrounding rock. Limited to the development level of elastoplastic mechanics at present only the circular cavern has a complete analytical form of surrounding rock convergence curve and the non-circular cavern needs to be fitted by complex numerical method. In order to improve the calculation efficiency of the non-circular cavern and expand the scope of application of the analytic method, it is beneficial to the application of the convergency-constraint method in the support design of the non-circular underground cavern. In this paper, based on the theory of equivalent circle, the construction method of approximate analytic wall rock convergence curve (GRCC) of non-circular cavern is discussed. Firstly, the convergence curve of Karstner elastoplastic surrounding rock and the convergent curve of Duncan-Fama elastoplastic surrounding rock without plastic expansion are derived, and the existing equivalent circle theory is summarized and analyzed in detail. Secondly, taking the arched cavern of straight wall as an example, the elastoplastic stress and displacement of surrounding rock around the cavern after excavation of non-circular cavern after excavation are obtained by numerical method, and the corresponding convergence curves of surrounding rock are drawn. The results are compared with the analytical solution of the approximate wall rock convergence curve (GRCC) based on various equivalent circular methods under the same initial conditions, and the applicability of each method is revealed. Then, according to the method of studying the arched cavern of straight wall, the most suitable equivalent circle method for solving the approximate wall rock convergence curve and the ratio of span to height are analyzed, respectively, for rectangular and curved wall arched caverns. Influence of factors such as surrounding rock level and buried depth of cavern on the selection of equivalent circle method. Finally, an engineering example is cited to analyze and verify the above conclusions, and the model test of the non-circular cavern is carried out to monitor the stress and displacement of the surrounding rock around the tunnel after the excavation of the rectangular cavern, and draw the corresponding surrounding rock convergence curve. Compared with the approximate wall rock convergence curve of rectangular cavern obtained by the method in this paper, the validity and practicability of this method are further verified.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU457

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本文編號：1985243