高黎贡山公路隧道温度应力耦合分析

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1、高黎贡山公路隧道温度应力耦合分析重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：王伟指导老师：周小平教授兼职导师：王方汉教授级研究员学位类别：工程硕士（建筑与土木工程领域）重庆大学土木工程学院二O一五年五月CouplingAnalysisofTemperatureandStressinHighwayTunnelofGaoligongMountainAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforProfessionalDegreeByWangWeiSupervisedbyProf.ZhouXia

2、opingPluralisticSupervisedbyProf.WangFanghanSpecialty:ME(ArchitecturalandCivilEngineeringField)CollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要高地温、高地应力、复杂的地质环境以及恶劣的气候条件等一直是偏远地区隧道工程建设的重点和难点问题，特别是近年来基础建设向偏远地区的迅猛发展使我们不得不正视这些问题，采取正确的方法解决这些问题已经迫在眉睫。高黎贡山独龙江公路隧道地处高海拔寒冷地区，不仅仅有复杂的

3、地质条件和恶劣的气候条件，而且隧道总长达到6680m，最大埋深约为990m，属于大长深埋隧道。高地温和高地应力是隧道设计和施工的重点问题，因此本文以高黎贡山独龙江公路隧道工程为背景，分析了隧道的初始温度场、初始应力场以及隧道开挖过程中的温度应力耦合作用对隧道围岩的影响。①本文对隧道场地进行初始温度场分析，得到了隧道场地初始温度场的分布，结果表明隧道场地的变温带埋深在30m左右，隧道进口端桩号K0+270到K0+341之间和出口端桩号K6+843到K6+950之间的隧道区域属于变温带范围内。隧道开挖之前，隧道沿线的温度最大可达18.93℃，最低可达-4.63℃。②本文采用现场试验和数值模拟的方

4、法对隧道场地进行了地应力分析，其中采用现场空心包体应力解除法和声发射法测量了隧道桩号K1+585和桩号K6+003的地应力，采用Ansys软件分析得到了隧道场地的自重应力场分布，对比结果可知隧道场地大部分区域的水平方向的地应力比竖直方向的地应力大，且构造应力在地应力中占有很大的比重。③本文以隧道场地温度场、应力场分析的结果作为边界条件对隧道开挖过程中的温度应力耦合场进行了分析，从耦合分析结果可以看出：隧道开挖后冷空气对隧道围岩温度、应力的横向影响主要表现在距离隧道一倍断面尺寸范围内，在这段范围内隧道围岩温度、应力变化最为明显并且呈现出较强的非线性，距离隧道2-3倍隧道尺寸范围以外的围岩温度、

5、应力基本收敛到围岩的初始温度和初始应力；从纵向影响来看，隧道沿线中部围岩的温度、应力受到冷空气的影响最大，向两端逐渐减小，对隧道围岩的温度最大影响超过13.5℃，对隧道围岩最小主应力、中间主应力、最大主应力最大影响分别为3.30MPa、4.09MPa、1.74MPa。④考虑到实际工程的应用，本文还以年最低气温作为对流荷载温度对隧道开挖进行温度应力耦合场分析作为包络设计，根据计算结果建议隧道施工过程中应特别注意对流荷载对隧道中部围岩应力的影响，而且应该注意空气对流荷载对隧道围岩应力的影响是一个相对较长的时间过程需要在施工过程中长期监测，即便是在隧道运营过程中仍然需要考虑温度变化对隧道围岩应力的

6、变化或者温度对衬砌产生的冻胀应力。I重庆大学硕士学位论文关键词：高黎贡山、温度场、应力场、耦合分析II英文摘要ABSTRACTHightemperature,highgroundstressandcomplicatedgeologicalconditions,withsevereweatherconditionsandotherlabelshavealwaysbeenthefocusanddifficultissuesoftunnelconstructioninremoteareas,especiallyinrecentyears,therapiddevelopmentofinfrastru

7、ctureinthoseareasforcesustofacetheseproblems,whichneedstobesolvedimminently.Locatedinhighaltitudeandcoldregions,Gaoligongmountaindulongjianghighwaytunnelhasnotonlycomplexgeologicalandsevereweatherconditions