双线公路隧道开挖和抗震问题的数值模拟

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1、密级：公开工学硕士学位论文双线公路隧道开挖和抗震问题的数值模拟NumericalSimulationofExcavationandSeismicProblemsofDoubleTrackHighwayTunnel培养单位：工程力学系专业：工程力学研究生：甄卫刚指导教师：刘淑红教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作

2、的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着我国交通建设的飞速发展，地面交通网络越来越复杂，公路隧道的建

3、设显得极其重要。V级围岩性质比较弱，必须采用合理的开挖方式，所以用数值模拟方法对隧道的施工过程进行模拟，对围岩、支护等的响应规律进行分析十分有必要。由于我国大部分地区为地震防设区，一旦发生地震可能会给公路隧道带来灾难性的破坏，因此，有必要对隧道在地震作用下的响应进行模拟分析。利用有限元软件ANSYS对公路隧道的施工过程进行数值模拟。通过平面应变模型模拟了隧道的施工过程，得到了隧道在不同开挖方式下的围岩变形、地表沉降槽的规律以及锚杆的轴力分布情况；通过对隧道施工过程进行三维数值模拟，得到了围岩位移、应力以及衬砌的Mises应力变化规律，并将平面和

4、三维模拟的结果进行了比对；利用有限差分软件FLAC3D对隧道在地震下的响应进行了数值模拟。分析了隧道主要监测点在地震荷载作用下的加速度、位移和主应力响应随时间的变化规律。结果表明，CRD法是最合理的开挖方法，而且地表沉降槽与隧道的埋深是相关的；隧道四周位移比较大，而且有明显的的应力集中；平面模拟的围岩位移比三维模拟得到的结果大；地震作用下，隧道四周的位移、速度、加速度和主应力响应的值较大，尤其是拱肩的位置最危险。关键词：公路隧道；数值模拟；地震；围岩；位移；应力AbstractWiththerapiddevelopmentoftrafficco

5、nstructioninourcountry,thegroundtransportationnetworkbecomesmoreandmorecomplex,sotheconstructionofhighwaytunnelisveryimportant.ThecharacteristicofV-classsurroundingrockisweaker,soitisnecessarytousethereasonableexcavationmethodtosimulatethetunnelconstructionprocessbynumerical

6、simulation,andtoanalyzetheresponseruleofsurroundingrockandsupport.Itisnecessarytosimulateandanalyzetheresponseofthetunnelundertheearthquake,becausemostoftheareaofourcountryisearthquakepreventionarea,oncetheearthquakemaybringcatastrophicdamagetothehighwaytunnel.Theconstructio

7、nprocessofhighwaytunnelisnumericallysimulatedbyfiniteelementsoftwareANSYS.Usingtheplanestrainmodel,thedeformationofthesurroundingrock,thelawofthesurfacesubsidencetroughandthedistributionoftheaxialforceoftheboltunderdifferentexcavationmethodsareobtained.Throughthe3Dnumericals

8、imulationofthetunnelconstructionprocess,thedisplacementandstressofthesurrou