黄土隧道开挖变形及支护结构内力的模拟研究

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1、分类号:U4510710-2015228004专业硕士学位论文黄土隧道开挖变形及支护结构内力的模拟研究孟新增导师姓名职称石坚教授孔德泉讲师专业学位类别申请学位级别工程硕士及领域名称建筑与土木工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学ResearchonthesimulationoftheexcavationdeformationandtheinternalforceofsupportstructureinloesstunnelADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCa

2、ndidate：MengXinzengSupervisor：Prof.ShiJian,Lecturer.KongDequanChang’anUniversity,Xi’an,China摘要黄土是广泛分布于我国西部的一种特殊土类。随着近年来国家“一带一路”政策的提出和推进，黄土地区公路和铁路的建设得到迅速的发展，黄土隧道的使用也越来越普遍。我国岩体隧道的研究开展较早，相关理论实践都较为丰富成熟。而黄土隧道的设计和施工目前大多以工程类比法为主，虽然近年来发展较快，但理论体系尚不健全，有待深入完善，因此开展相关研究必要而紧迫。本文以有限元模拟为主要手段，选择合理

3、的本构模型，研究了工法、支护参数、扁平率和埋置深度对黄土隧道开挖变形及支护结构内力的影响，并结合实际工程数据进行了对比分析，研究的结论为黄土隧道的工程实践提供了理论指导和参考，具有良好的学术价值和现实意义。首先，本文选择UH模型作为数值模拟的本构关系，通过ABAQUS软件建立隧道动态开挖模型，研究在三台阶七步开挖法、双侧壁导坑法、单侧壁导坑法三种工法下，支护结构体系中锁脚锚杆长度、锁脚锚杆打设角度和钢架间距对黄土隧道变形及支护内力的影响规律，通过对比分析发现，在三台阶七步开挖法工法中，锁脚锚杆长度对黄土隧道变形及支护内力影响较小，而锁脚锚杆打设角度影响较为

4、明显，钢架间距对黄土隧道变形影响较小，对支护结构内力影响较大；在双侧壁导坑法和单侧壁导坑法工法中，锁脚锚杆长度对黄土隧道变形影响较小，对支护结构内力的影响较为显著，锁脚锚杆打设角度、钢架间距对黄土隧道变形及支护结构内力影响较为明显；在黄土隧道开挖稳定性和安全性上来说，双侧壁导坑法较其他两种工法更能有效控制隧道变形，因此在对隧道变形有严格要求时，可优先考虑双侧壁导坑法进行施工。其次，本文还模拟了相同工法和支护参数情况下，扁平率对黄土隧道应力应变关系的影响，研究发现，扁平率过大或者过小均不利于黄土隧道的稳定性，根据研究结果并结合以往隧道实际经验，当扁平率在0.

5、56～0.69之间时，隧道的稳定性较好。最后，论文总结了现有的隧道深埋和浅埋的界定方法，并选择了几种典型计算方法结合实际工程进行计算分析，同时研究了在相同工法、支护参数和扁平率情况下，埋置深度对黄土隧道变形及支护结构内力的影响。结果表明，比尔鲍曼理论计算值最大，谢家烋理论计算值和隧道设计规范计算值比较相差较小；随着埋置深度的增大，黄土隧道变形及支护内力均出现了不同程度的增加。关键词：黄土隧道，数值模拟，隧道变形，支护结构，扁平率IIIAbstractLoessisaspecialkindofsoilwidelydistributedinwesternChi

6、na.WiththedevelopmentofOneBeltOneRoadpolicyinrecentyears,theconstructionofhighwayandrailwayinloessregionhasbeenrapidlydeveloped,andtheuseofloesstunnelisbecomingmoreandmorecommon.ResearchonrocktunnelsinChinawasconductedearlier,therelevanttheoriesandpracticesarerelativelyabundantand

7、mature.Thedesignandconstructionofloesstunnelsiscurrentlydominatedbyengineeringanalogies,thoughthedevelopmentisrelativelyfastinrecentyears,thetheoreticalsystemisnotyetperfectandneedstobefurtherimproved.Therefore,itisnecessaryandurgenttocarryoutrelevantresearch.Thispaperusedfiniteel

8、ementsimulationasthemainmethod,se