隧道工程论文-andrea

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1、隧道工程论文-Andrea隧道工程论文学院：外国语言文学系姓名：学号：班级：连续体（或不连续体）模型七十年代中期以来，随着电子计算机的广泛应用，特别是有限元，边界元，杂交元的等方法的推广，为连续体模型在隧道屮的应用创造了条件。喷锚支护这类以“主动”加固岩体为机制的支护型式，以及以这种新型支护技术为背景的新奥法的应用，使连续体模型得以发展。在这种模型中，围岩和支护系统不再作为相互作用的两个方而，而是作为一个联合系统加以考虑，计算的目的在于分析由于开挖引起的地应力重分布和由此产生的变形和闱岩稳定性问题，支护手段是作

2、为“连续体模型”的一种边界条件来考虑的。在荷载反力模型和收敛约束模型中，主要检算对象是衬砌支护系统。在连续体模型中，计算的对象主要是岩体木身。这种连续体模型，在强调围岩支护共同作用的同时，目前国内外尚无与之相对应的安全度评价标准，缺乏明确的定量设计依据以及围岩稳定性判据，以致在进行洞室的有限元计算得到支护应力及围岩塑性区范围后，无法判定设计的支护强度是否合理。近年来，追求高精度、能考虑多种因数的有限元电算，已经成为各设计和研宂部门的首选，许多大型重要工程都用了不止一种有限元程序进行电算。本來采用有限元等方法是一

3、种更精确的定量分析方法，但其计算结果多数都没有用到工程实践上，只能为设计人员和方案决策者提供一个定性的参考，往往求得的只是一种心理上的安全感，妞对研究部门提供的科研成果和现行设计规范之间的差异，工程设计人员感到茫然而不知所从。为了将连续体模型得出的计算结果能够为工程设计人员所用，有人提出了用相应的数值积分理论将连续体模型求得的有限元高斯积分点上的应力、转换为结构截血内力的计算方法，反推出衬砌支护结构的弯矩、轴力、剪力等内力值，以利于工程设计人员“照章办事”。这似乎又回到了荷载结构模式，或者说连续体模式并未真正摆

4、脱荷载结构模式，衬砌结构又成了主要的承载结构，而对于岩体结构的状态无法评价。喷锚支护作为现行隧道设计中常用的重要支护手段，其支护效果的有效性是众所周知的，可以说，由于喷锚支护在隧道工程中的推广应用，促进了隧道设计与施工技术的根本性变革。但是，理论上对它的研究，还不能真正解释它们为何有如此巨大的作用。按照通常的支护抗力法考虑，喷锚支护对围岩提供的支护抗力是非常有限的，基于弹塑性理论采用连续体模型有限元法计算的围岩塑性区半径和位移，并没有因喷锚支护的施做而使计算结果有明敁的改善。计算结果与实际效果的明显背离，足以使

5、我们对这种结构设计计算模型中的喷护结构的简化处理的合理性产生怀疑，这也许是计算结果目前仅能作定性参考的根源所在。理论研宂的滞后困扰着新技术的推广应用，但是，不能因此而否定理论工作者在这方面的诸多努力，他们把有限元，边界元、离散元，杂交元、甚至神经元网络等计算方法引入到隧道工程，在隧道工程结构计算中考虑了弹、塑、粘以及反映岩体不可逆、剪胀、应变软化、各项异性等种种不同情况。这些目前看来还只能算是“学院式”的研究成果，其深奥的理论和冃前仅可作定性参考的计算结果，也许在将来会逐渐发现他们的利用价值，这也意味着今后在这

6、方面的努力绝不可能一蹴而就。作用一一反作用模型作用一一反作用模型，也就是荷载--结构模型。荷载一结构模型是我国隧道设计规范屮推荐采用的一种结构力学法。其特点是考虑地下结构朝向围岩变形的区段上将受到围岩的被动（弹性抗力）作用，其中局部变形理论（温克勒假定）认为地基的沉瞄仪与该点的应力成正比。在此类模型计算中，认为围岩压应力的来源是坍塌岩块的重量。采用这种设计计算模型，方法简单，工作量小，具冇明确的安全系数评价方法。结构设计人员采用这种方法设计计算时，依据规范而行，比较有信心和把握。我国铁路隧道结构设计中，大量采用

7、的隧道衬砌标准图，就是基于这种理论而编制的，它构成了我国铁路隧道结构设计的基础。这一类计算模型主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和坍塌，支护结构主动承担围岩“松动压力”的情况。利用这类模型进行隧道支护结构设计的关键问题，是如何确定作用在支护结构上的主动荷载（其中最主要的是围岩产生的松动压力），以及围岩给支护结构的弹性抗力。一旦这两种荷载都求出之后，剩下的就只是运用普通结构力学方法求出超静定结构的内力和变形了。收敛一一约朿模型收敛约束法也称特性曲线法，是一种采用测试数据反馈于设计的实用方法，通常以施工屮隧道断面的

8、变形量测值为依据。其要点为测绘洞室壁面径向压应力与径向位移的关系曲线与洞壁位移-时间曲线，它反映四个阶段：（1）围岩无约束自由变形；（2）从初期支护开始，变形由于受支护约朿抗力的反作用而减缓；（3）从仰拱完成开始，由于形成了封闭结构使变形速度大为降低；（4）最后变形稳定。若采用的支护刚度过大，则地压急剧增长，若支护时间过晚，则出现松动地压。由此可见，支护时间和支护自身刚度及其与围岩接触