【摘要】：隧洞開挖及支護(hù)問題的研究一直以來都是巖土及地下工程領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一,在對(duì)地下隧洞進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí),端頭錨固錨桿應(yīng)用較早并且現(xiàn)在仍然被廣泛使用。Bobet最早給出了圓形隧洞端頭錨固錨桿力學(xué)分析的解析方法,但利用的應(yīng)力和位移解不是精確解,而是近似解。本文使用了精確的解析解對(duì)橢圓形隧洞錨桿力學(xué)分析問題進(jìn)行了研究。本文使用復(fù)變函數(shù)方法,利用保角變換將物理平面橢圓形域映射為像平面上的單位圓域,基于橢圓形隧洞無限域域內(nèi)任意點(diǎn)作用有集中力時(shí)的兩個(gè)復(fù)勢(shì)函數(shù),進(jìn)一步進(jìn)行推導(dǎo),獲得了應(yīng)力和位移的精確解析解,并給出顯式表達(dá)式。端頭錨固錨桿對(duì)圍巖的作用可以簡(jiǎn)化成一對(duì)大小相等方向相反的集中力,通過疊加原理獲得了多根錨桿作用下的位移顯式表達(dá)式,并考慮隧洞開挖引起的圍巖位移,根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件建立了求解端頭錨固式錨桿軸力的線性方程組。使用Fortran語言程序行編程求解,獲得了錨桿無預(yù)緊力和有預(yù)緊力兩種情形下每根錨桿所承受的軸力分布規(guī)律。將獲得的結(jié)果與ANSYS有限元軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,驗(yàn)證了本文方法的正確性。本文最后分析了橢圓形半軸比、側(cè)壓力系數(shù)、錨桿剛度、錨桿長度和預(yù)緊力等對(duì)錨桿軸力的影響,以及錨桿支護(hù)后圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。
【圖文】：

圖３－１隧洞模擬開挖邊界及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換逡逑無限域無孔時(shí)，，在任一位置作用有集中力Ｐ，其沿々和％方向的分量分別為逡逑冬和｝；（圖３－１），在此集中力作用下，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)復(fù)勢(shì)函數(shù)外（Ｚ）和的導(dǎo)數(shù)逡逑為逡逑咖＝—N邐（３—１）逡逑２ｎ［＼邋＋邋Ｋ）逡逑２ｎ（＼邋＋邋Ｋ）邋＾邐（＾２）逡逑把直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到ｘ0＿ｙ直角坐標(biāo)系，自變量＆用ｚ－ｃ，替換，由于應(yīng)逡逑力值的大小與坐標(biāo)系無關(guān)，對(duì)邋＜“；）和？丨；）直接替換自變量ｚ并積分，可得在逡逑ｘｏ＿ｙ坐標(biāo)系下，無限域內(nèi)作用有一集中力的解：逡逑斗）＝－哉＾．ｌｎ（Ｚ－Ｃ丨）邐（３－３）逡逑．Ａ－（＾，邋－／｝；）邋，邋，邋、一邋Ｘ，＋／ｙ邐１逡逑ｖ／ｉ（ｚｉ）＝ｉ＾ｒｌｎ（ｚ—（３－４）逡逑進(jìn)而可以在ｘｏ＿ｙ坐標(biāo)系下模擬橢圓孔的開挖，進(jìn)行橢圓孔外作用有一集中力逡逑的復(fù)變函數(shù)求解。開挖前，在Ｚ邊界上的應(yīng)力邊界條件為：逡逑％）⑷邋＋

－－／－－對(duì)于獲得的橢圓孔在無限域域內(nèi)任意點(diǎn)應(yīng)力和位移的具體表達(dá)８）－（３－２２）的正確與否，我們將通過有限元軟件ＡＮＳＹＳ軟件數(shù)值建模并驗(yàn)證。逡逑集中力下解析解與ＡＮＳＹＳ計(jì)算結(jié)果比較逡逑ＡＮＳＹＳ有限元軟件是美國ＡＮＳＹＳ公司研制開發(fā)的大型通用有限單元分，自２０世紀(jì)７０年代誕生以來，隨著計(jì)算機(jī)和有限單元思想的飛速發(fā)展，操作性、通用性及準(zhǔn)確性在生產(chǎn)生活中得到了廣泛應(yīng)用。本論文采用的版ＮＳＹＳ１４．５。逡逑ＡＮＳＹＳ的分析過程主要包含三個(gè)部分：前處理、求解、后處理。前處理要包括定義材料屬性、建立幾何模型、劃分有限單元網(wǎng)格等內(nèi)容；在分析過程中，可以通過施加約束及荷載對(duì)己經(jīng)建立的模型進(jìn)行求解；當(dāng)完成通過后處理模塊查看計(jì)算結(jié)果，一般常使用兩個(gè)后處理器：通用后處理程后處理，常用顯示方式有圖形和數(shù)據(jù)列表兩種１７３ｉ。ＡＮＳＹＳ分析的基本：逡逑邐邋—邋．＋．－．．．．逡逑
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV554

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本文編號(hào)：2638087