【摘要】：隧洞及地下工程的受力分析是土木工程研究的一個重要領(lǐng)域,隧洞開挖模型可以簡化為與孔擴(kuò)張相同的平面應(yīng)變圓形軸對稱模型,可以運(yùn)用孔擴(kuò)張理論對隧洞工程進(jìn)行深入的研究�？讛U(kuò)張理論可以通過簡單、實(shí)用的方法解決很多復(fù)雜巖土力學(xué)問題,可合理解釋土體原位試驗(yàn)結(jié)果,被廣泛應(yīng)用于隧道和地下開挖分析等實(shí)際工程問題中。忽略塑性變形區(qū)的彈性變形,相對簡化了孔壓力和孔變形之間的關(guān)系,對于內(nèi)摩擦角和剪脹角比較大、彈性剛度比較小的土體,其影響尤為重要。采用不同的強(qiáng)度準(zhǔn)則對擴(kuò)孔問題的理論解影響較大,考慮中間主應(yīng)力能更大程度發(fā)揮材料的強(qiáng)度潛能。本文在考慮中間主應(yīng)力影響下,關(guān)于擴(kuò)孔問題理論解及其在水工隧洞方面的應(yīng)用,所做的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論,考慮軟化特性和剪脹特性的影響,分別根據(jù)塑性區(qū)小變形和塑性區(qū)大變形推導(dǎo)了擴(kuò)孔過程中的塑性區(qū)半徑和極限擴(kuò)孔壓力的理論解。針對小變形的擴(kuò)孔問題,考慮了塑性區(qū)彈性應(yīng)變的影響,對內(nèi)摩擦角和剪脹角比較大的土體更適用。對于基于塑性區(qū)大變形得到的理論解,考慮了變形對材料中點(diǎn)的位置影響,預(yù)測極限擴(kuò)孔壓力更準(zhǔn)確一些。得到的統(tǒng)一解為柱形孔問題的解答提供了理論依據(jù),對工程設(shè)計有參考價值。(2)采用與柱孔擴(kuò)張問題相同的簡化開挖模型,基于雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論和三剪強(qiáng)度準(zhǔn)則,考慮中間主應(yīng)力、滲流、剪脹、軟化和塑性區(qū)彈性模量等因素的影響,所得隧洞施工期和運(yùn)行期塑性區(qū)位移公式包含了五種因素的綜合影響。該位移統(tǒng)一解在各參數(shù)取值不同時,可退化為已有文獻(xiàn)和未見發(fā)表的解答,根據(jù)具體的工程實(shí)例可合理選擇參數(shù)的值;經(jīng)與已有文獻(xiàn)的比較,進(jìn)一步驗(yàn)證了該理論解的正確性,并分析了兩種強(qiáng)度理論下中間主應(yīng)力參數(shù)的區(qū)別。(3)運(yùn)用ABAQUS有限元軟件,進(jìn)行了圓錐靜力貫入實(shí)驗(yàn)的模擬,給出了貫入儀在下沉過程4個不同階段土體的變形圖,以及貫入過程土體沿著徑向和深度方向兩條路徑下的應(yīng)力曲線和位移曲線,并分析了剪脹、粘聚力和內(nèi)摩擦角對應(yīng)力和位移的影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV554
【圖文】：

為與孔擴(kuò)張相同的平面應(yīng)變圓形軸對稱模型，可以運(yùn)用孔擴(kuò)張理論對隧洞工程進(jìn)行的研究。孔擴(kuò)張理論可解決巖土方面復(fù)雜的力學(xué)問題，合理的解釋土體原位試驗(yàn)結(jié)果泛應(yīng)用于隧道和地下開挖分析等實(shí)際工程問題中。應(yīng)用小孔擴(kuò)張理論研究隧洞工程下開挖的設(shè)計和施工，同時考慮了隧洞穩(wěn)定性和實(shí)用性兩個重要因素，隧洞穩(wěn)定性隧洞建造后不會發(fā)生破壞，實(shí)用性要求隧洞建造后不會發(fā)生大的變形，避免上部或建筑發(fā)生破壞。.1.1 孔擴(kuò)張理論小孔擴(kuò)張方法是指用軸對稱的圓柱形或球形孔模型擴(kuò)張或收縮產(chǎn)生的應(yīng)力和變研究巖土工程中有關(guān)孔洞問題的應(yīng)力場和位移場問題的研究方法[1]。小孔擴(kuò)張理論通過簡單、實(shí)用的方法解決很多復(fù)雜巖土力學(xué)問題，故而巖土介質(zhì)中小孔擴(kuò)張問題本求解已經(jīng)被應(yīng)用于解決巖土工程中包括土體原位試驗(yàn)結(jié)果解釋、靜壓沉樁基礎(chǔ)和承載力的估計、隧道和地下開挖分析、鉆孔失穩(wěn)預(yù)測等許多實(shí)際工程問題中[2-6]。

圖2.1柱孔擴(kuò)張示意圖問題的簡化示意圖，假定無限空間中將大型設(shè)備貫入土體的過程中，土體在性狀態(tài)，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系滿足廣義 H力crp 時，孔周土體開始進(jìn)入塑性階段， p 不斷增大，由初始時刻的初始孔徑孔半徑ua 和塑性區(qū)半徑 R 也不斷增加不再增加，孔會無限擴(kuò)張。統(tǒng)一強(qiáng)度理論來進(jìn)行描述，能合理的反強(qiáng)度特征，表達(dá)式整理為1 j 3j M Y(2 ) (2 3 )sinb b

圖3.1軸對稱簡化模型直徑時，可認(rèn)為處于深埋條件下，即始地應(yīng)力 q 作用的巖石地層中，處于軸壁支護(hù)力大小等于初始地應(yīng)力 q，隨著界支護(hù)力2rp 時，在洞壁周圍開始形成塑的多，故采用軸對稱平面應(yīng)變狀態(tài)假定

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2771819