【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域,隧洞開挖模型可以簡化為與孔擴張相同的平面應變圓形軸對稱模型,可以運用孔擴張理論對隧洞工程進行深入的研究�？讛U張理論可以通過簡單、實用的方法解決很多復雜巖土力學問題,可合理解釋土體原位試驗結果,被廣泛應用于隧道和地下開挖分析等實際工程問題中。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系,對于內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。采用不同的強度準則對擴孔問題的理論解影響較大,考慮中間主應力能更大程度發(fā)揮材料的強度潛能。本文在考慮中間主應力影響下,關于擴孔問題理論解及其在水工隧洞方面的應用,所做的主要研究內容和結論如下:(1)基于統一強度理論,考慮軟化特性和剪脹特性的影響,分別根據塑性區(qū)小變形和塑性區(qū)大變形推導了擴孔過程中的塑性區(qū)半徑和極限擴孔壓力的理論解。針對小變形的擴孔問題,考慮了塑性區(qū)彈性應變的影響,對內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的位置影響,預測極限擴孔壓力更準確一些。得到的統一解為柱形孔問題的解答提供了理論依據,對工程設計有參考價值。(2)采用與柱孔擴張問題相同的簡化開挖模型,基于雙剪統一強度理論和三剪強度準則,考慮中間主應力、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。該位移統一解在各參數取值不同時,可退化為已有文獻和未見發(fā)表的解答,根據具體的工程實例可合理選擇參數的值;經與已有文獻的比較,進一步驗證了該理論解的正確性,并分析了兩種強度理論下中間主應力參數的區(qū)別。(3)運用ABAQUS有限元軟件,進行了圓錐靜力貫入實驗的模擬,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力曲線和位移曲線,并分析了剪脹、粘聚力和內摩擦角對應力和位移的影響規(guī)律。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV554
【圖文】：

為與孔擴張相同的平面應變圓形軸對稱模型，可以運用孔擴張理論對隧洞工程進行的研究�？讛U張理論可解決巖土方面復雜的力學問題，合理的解釋土體原位試驗結果泛應用于隧道和地下開挖分析等實際工程問題中。應用小孔擴張理論研究隧洞工程下開挖的設計和施工，同時考慮了隧洞穩(wěn)定性和實用性兩個重要因素，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 孔擴張理論小孔擴張方法是指用軸對稱的圓柱形或球形孔模型擴張或收縮產生的應力和變研究巖土工程中有關孔洞問題的應力場和位移場問題的研究方法[1]。小孔擴張理論通過簡單、實用的方法解決很多復雜巖土力學問題，故而巖土介質中小孔擴張問題本求解已經被應用于解決巖土工程中包括土體原位試驗結果解釋、靜壓沉樁基礎和承載力的估計、隧道和地下開挖分析、鉆孔失穩(wěn)預測等許多實際工程問題中[2-6]。

圖2.1柱孔擴張示意圖問題的簡化示意圖，假定無限空間中將大型設備貫入土體的過程中，土體在性狀態(tài)，其應力-應變關系滿足廣義 H力crp 時，孔周土體開始進入塑性階段， 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，孔會無限擴張。統一強度理論來進行描述，能合理的反強度特征，表達式整理為1 j 3j M Y(2 ) (2 3 )sinb b

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

【參考文獻】

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本文編號：2771819