非圆形地下洞室围岩收敛曲线近似构建方法研究

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1、学校代号10532学号S12011065分类号TU452密级公开硕士学位论文非圆形地下洞室围岩收敛曲线近似构建方法研究学位申请人姓名张盼凤培养单位土木工程学院导师姓名及职称苏永华教授学科专业土木工程研究方向隧道与地下结构工程论文提交日期2015年5月27日学校代号：10532学号：S12011065密级：公开湖南大学硕士学位论文非圆形地下洞室围岩收敛曲线近似构建方法研究国家自然科学基金(51078136)资助国家自然科学基金(51378195)资助学位申请人姓名：张盼凤导师姓名及职称：苏永华教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2015年5月27日论文答辩日

2、期：2015年5月30日答辩委员会主席：赵明华教授StudyonApproximatebuildingmethodofGroundReactionCurvefornon-circularundergroundcavernsbyZHANGPanfengB.E.(ZhongyuanUniversityofTechnology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoolof

3、HunanUniversitySupervisorProfessorSUYonghuaMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研巧成果。除了文中特别加标注引用Ｗ内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，巧已在文中明确方式标明。本人完全意巧到本声明的法律后果由本人承担。：〇作者签名拜：２月曰琴长目务＾曰期托年＾学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留，、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部口或

4、机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借閒。本人授权挪南大学可ｌｉｌ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可ｔｉｌ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于Ｋ保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密＾（请在上相应方框内打）：作者签名多枚司务商＾曰期：＞托年（月曼曰＞；日期导师签名：■娜ｒ年＾月日非圆形地下洞室围岩收敛曲线近似构建方法研究摘要随着人口不断增加、国家经济和国防建设的快速发展，地下空间的开发利用逐步展开，人们在地层中开挖各种形状和尺寸的地下洞室、隧道和巷道等，而地下洞室开挖后其周

5、边围岩的弹塑性应力和位移分布对于后期围岩支护结构的设计、施工以及洞室围岩稳定性分析有着重要影响。因此，用来表征地下洞室开挖后围岩应力和位移关系的弹塑性围岩收敛曲线(GroundResponseCurve简称GRC)的研究成为地下洞室围岩稳定性分析的重要环节。限于当前弹塑性力学发展水平，目前仅圆形洞室具有完整的围岩收敛曲线解析形式，非圆形洞室需要通过复杂的数值方法拟合。为提高非圆形洞室计算效率，拓展解析法的适用范围，有利于收敛-约束法在非圆形地下洞室支护设计中的应用，本文基于等代圆理论探讨了非圆形洞室近似解析围岩收敛曲线(GRC)的构建方法。首先，分别推演了不考虑塑性扩容的Kar

6、stner弹塑性围岩收敛曲线和Duncan-Fama弹塑性围岩收敛曲线的建立过程，并对现有的等代圆理论作了详细的归纳分析。其次，以直墙拱形洞室为例，采用数值方法求得非圆形洞室开挖后在不同支护阻力作用下洞周围岩的弹塑性应力和位移并绘制相应的围岩收敛曲线，与在相同的初始条件下基于各种等代圆方法建立的近似围岩收敛曲线(GRC)解析解做对比分析，揭示各等代圆方法的适用性。然后，按照研究直墙拱形洞室的方法，分别分析矩形和曲墙拱形洞室在求解近似围岩收敛曲线时最适用的等代圆方法，并分析跨高比、围岩级别及洞室埋深等因素对等代圆方法选用的影响。最后，引用工程实例对前文得出的结论进行分析验证，并开

7、展非圆形洞室的模型试验研究，监测矩形洞室开挖后洞周围岩应力和位移，绘制相应围岩收敛曲线，与用本文方法求解得到的矩形洞室近似围岩收敛曲线(GRC)做对比分析，进一步验证了本文方法的有效性和实用性。关键词：非圆形洞室；等代圆；围岩收敛曲线；围岩稳定性；适用性；II硕士学位论文AbstractAsthepopulationincreasing,therapiddevelopmentofnationaleconomyandnationaldefenseconstruction,thedevelopm