【硕士】隧道围岩与支护结构的相互作用研究【2010】

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内容简介

　　学科专业：结构工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：南京理工大学　　学位年度： 2010年　　围岩与支护结构的相互作用问题一直是隧道工程稳定性的难点问题，而围岩与支护结构接触界面的力学性质是围岩与支护结构相互作用的核心问题，接触面模拟的合理与否对接触面上的应力分布以及支护结构和围岩的受力、变形都将产生重要的影响。　　目前，对于围岩与支护结构的相互作用问题，关于初期支护与二次支护(模注混凝土)间的接触面的问题研究较多，但对于新奥法锚喷支护喷射混凝土与围岩间的接触面的问题研究不多，普遍认为喷射混凝土能够与围岩形成较稳定的整体，共同工作。　　本文针对这一问题，以某一实际工程为背景，对隧道围岩与锚喷初期支护结构相互作用中涉及到的一些问题进行了较深入的研究。主要的研究内容和取得的成果如下:　　(1)深入研究围岩与初期支护结构间接触界面的力学性质，建立接触面弹塑性分析的有限元模型，参考嵌岩桩桩端摩阻力的计算方法得出接触面切向剪应力的限值;　　(2)研究围岩与初期支护结构界面问的约束程度对围岩与支护结构相互作用的影响，利用ABAQUS软件建立全约束和考虑摩擦的两种三维有限元分析模型，模拟隧道是的施工过程，得到围岩与初期支护结构在开挖过程中的位移以及应力的变化情况。比较两个模型的计算结果发现，引入接触面，通过界面间的摩擦考虑相互作用会减小支护结构的受力，增大围岩的应力和位移，使围岩与支护结构的受力更为均匀；　　(3)对两种计算模型，研究锚喷支护的设计参数(包括锚杆长度、锚杆间距以及喷层厚度)的变化对围岩和支护结构应力以及位移的影响，发现一味地通过增加锚杆长度或加大喷层厚度的方法来提高对围岩的支护效果，效果不大。所以，应合理考虑锚喷支护的设计参数，提出设计的优化方案；　　(4)对两种计算模型，不同埋深下的有限元分析结果比较，得到隧道围岩稳定性及衬砌受力和埋深的一般性关系；　　(5)分析接触面摩擦系数的取值对围岩与锚喷支护结构相互作用的影响，发现随着摩擦系数的增加，接触面的切向应力增大，接触压力除拱底测点由于拱起效应加大而减小外，其余测点均增大。　　

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