隧道开挖的地表沉降和塑性区数值模拟

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION隧道开挖的地表沉降和塑性区数值模拟作者姓名李文倩学位类别工程硕士指导教师谭文锋副教授2015年5月中图分类号：TU478学校代码：10216UDC：624密级：公开工程硕士学位论文（技术研究型）隧道开挖的地表沉降和塑性区数值模拟硕士研究生：李文倩导师：谭文锋副教授副导师李文良高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：建筑与土木工程所在单位：沧州职业技术学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学-I-ADissertationfortheMasterDegreein

2、EngineeringNUMERICALSIMULATIONOFSURFACESUBSIDENCEANDPLASTICZONEONTUNNELEXCAVATIONbyLiWenqianSupervisor:Assoc.Prof.TanwenfengYanshanUniversity2015.5燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《隧道开挖的地面沉降和塑性区数值模拟》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发

3、表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《隧道开挖的地面沉降和塑性区数值模拟》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、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。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其

4、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□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□√。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-III-摘要随着国民经济的迅猛发展，隧道工程越来越多且日益重要。隧道施工不可避免地会引起地表沉降，当地表沉降达到一定程度时，将影响地面建筑物的正常使用。因此，地表沉降的研究是非常必要的。隧道开挖时塑性区的确定，对确定隧道衬砌或支护方案是非常必要的。隧道施工的计算方法大致分为四类：解析法、经验公式法、模型试验法和数值法。随着计算机软硬件技术

5、和计算技术的飞速发展，有限元法作为数值法的代表得到了广泛应用。应用有限元软件模拟隧道开挖逐渐成为普遍方法。本文采用COMSOLMulitiphysics软件对隧道开挖进行了数值模拟，计算了隧道开挖的地表沉降，得到了对应的塑性区。论文简要介绍了课题的研究背景、研究意义、国内外的研究现状，介绍了本文的研究目标和内容。简要介绍了隧道开挖问题的本构关系和弹塑性边值问题的基本方程和边界条件。给出了采用COMSOLMultiphysics软件模拟隧道开挖的原理和过程。采用COMSOLMultiphysics软件模拟了自由土体、承载

6、土体中圆形和城门洞形单孔隧道开挖的地表沉降和塑性区形状，模拟了自由土体、承载土体中圆形和城门洞形双孔隧道开挖的地表沉降和塑性区形状。给出了上述情况下的应力云图、地表沉降曲线和塑性区示意图。通过本文的工作，为控制地表沉降、保护地面建筑物和确定隧道衬砌或支护方案提供了重要的参考依据，对隧道开挖具有重要意义。关键词：隧道开挖；地表沉降；塑性区；数值模拟；COMSOLAbstractWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,tunnelengineeringismoreandmor

7、eandisbecomingmoreandmoreimportant.Tunnelconstructionwillinevitablyleadtosurfacesubsidence.Thesurfacesubsidenceistoacertainextent,willaffectthenormaluseofthebuildingsontheground.Therefore,thestudyofsurfacesubsidenceisverynecessary.Thedeterminationofplasticzoneof

8、tunnelexcavationisverynecessarytodeterminethetunnelliningorsupportingscheme.Thecalculationmethodoftunnelconstructionisbroadlydividedintofourcategories:analyticalmetho