基于极限分析有限元法的隧道稳定性研究

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1、学校代号10532学号S12011124分类号TU452密级公开硕士学位论文基于极限分析有限元法的隧道稳定性研究学位申请人姓名彭珩培养单位土木工程学院导师姓名及职称赵明华教授学科专业岩土工程研究方向隧道论文提交日期2015年5月24日学校代号：10532学号：S12011124密级：公开湖南大学硕士学位论文基于极限分析有限元法的隧道稳定性研究学位申请人姓名：彭珩导师姓名及职称：赵明华教授培养单位：土木工程学院专业名称：岩土工程论文提交日期：2015年5月24日论文答辩日期：2015年5月27日答辩委员会主席：陈昌富教授Studyonthestabilityoftunnelbas

2、edonthefiniteelementoflimitanalysisbyPENGHengB.E.(HunanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinGeotechnicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHAOMinghuaMay,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

3、的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，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。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。；作者签名；曰期＞！＾年《月曰彭巧｜７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机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可Ｗ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，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇

4、编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密ｅ／。＂＂请在Ｗ上相应方框内打Ｖ（）作者签名；ｌｉ％日期：＞化年＾月７日导师签日期：如１《年＾月７６Ｉ基于极限分析有限元法的隧道稳定性研究摘要稳定性问题的研究对于隧道设计、施工以及理论研究均有重要的指导意义。目前，采用传统的滑移线法、极限平衡法和极限分析法研究该课题时存在诸多困难，如难以有效考虑复杂的几何边界、荷载以及非均质材料等问题。而常用的有限元数值方法在研究隧道稳定性问题时，需要进行大量的迭代计算，极为耗时且不易收敛。相比而言，极限分析有限元法是解决上

5、述问题的有效途径。其实质是采用数值分析方法求解极限问题，可考虑不同的力学参数与复杂工况，并避开了复杂的应力-应变增量迭代过程，直接针对最终的极限状态进行处理，无需假定破坏模式即可进行稳定性计算，利用计算机自动搜索出连续体破坏时的极限荷载及速度场或应力场，具有计算稳定、高效、易收敛等特点。为此，本文采用极限分析有限元法，对不同参数条件下隧道稳定性问题进行深入探讨，具体研究工作如下：(1)从介绍塑性极限理论的基本原理开始，对极限分析有限元法数值方法的基本内容进行系统的阐述，涉及单元离散化、数学规划模型的建立及其优化求解、计算机实现过程等内容。(2)基于某些合理的计算假定，建立一个可

6、考虑多种因素影响的计算模型；针对不同参数条件下的隧道稳定性问题，利用极限分析有限元法进行计算分析，得到稳定系数的相关计算图表和经验计算公式，并探讨方形隧道的稳定性影响因素和破坏模式的形态特征及其演变规律，为实际工程提供参考。(3)参照Terzaghi地基承载力计算公式，对关于黏聚力、超载和重力的支护反力分项系数N'c、N's、N'γ分别进行数值计算，整理形成相应的计算图表，并对圆形隧道破坏的形态特征和演变规律进行总结。(4)结合云阳山隧道开挖过程中围岩与支护结构的大变形和冒顶坍塌的工程实例，采用极限分析有限元法分析隧道围岩发生失稳破坏时的形态特征和破坏范围，获取隧道周边围岩需要

7、进行重点加强的区域，验证本文方法的实用性和有效性。关键词：隧道稳定性；极限分析有限元法；支护反力；稳定系数；破坏模式II硕士学位论文AbstractStudyonthestabilityoftunnelhassimportantpracticalguidingsignificanceontunneldesign,constructionandtheoryinvestigation.Atpresent,thetraditionalsolutionsofslipline,limitequilib