圆形隧道围岩应力与位移的数值模拟与分析

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1、浙江大学硕士学位论文圆形隧道围岩应力与位移的数值模拟与分析姓名：张仙义申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：谢康和20070501圆形隧道围岩应力与位移的数值模拟与分析摘要隧道开挖前岩体处于初始应力状态。开挖后引起围岩应力的重分布，同时围岩将产生向隧道内的位移，形成新的应力场，称之为围岩的二次应力状态。如果二次应力状态不能使围岩保持长期稳定，就必须设置支护结构，从隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其稳定，这就是三次应力状态。对隧道围岩各阶段应力位移状态的准确分析和把握，显然是进行

2、合理可靠的隧道工程设计和施工的关键。本文在现有研究基础上，运用弹塑性理论和大型三维岩土数值软件FLAC3D，对圆形隧道从开挖前直到开挖支护后围岩各个阶段的应力位移状态等进行了较为系统的总结和分析。主要工作包括：1．简要介绍了FLAC3D的基本原理和主要特点；2．在假定初始应力等向(即侧压力系数A=1)条件下归纳、总结和推导了二次弹性围岩应力位移状态、二次塑性围岩应力位移状态以及三次塑性围岩应力位移状态的理论解析式；3．利用FLAC3D模拟分析了圆形隧道各个阶段围岩的应力位移状态，并与理论解进行了比较；4．对圆形

3、隧道围岩应力和位移状态的分布特征和影响因素以及支护对围岩稳定性的影响进行了分析，阐明了围岩径向正应力、切向正应力、径向位移等在不同条件下的分布和变化规律；5．通过数值计算比较分析了围岩剪胀性对圆形隧道围岩应力和位移的影响，以及初始应力不等向(即侧压力系数五≠1)对围岩塑性区范围和形状的影响。本文的研究对隧道工程的设计和施工有指导作用和参考价值。关键词：圆形隧道，应力，位移，解析式，FLAC3D，数值模拟NumericalSimulationandAnalysisoftheStressandDisplacemen

4、tofCircularTunnelinRockAbstractBeforeexcavatingatunnelinrock,therockis砒initialstressstate．Excavationcausestheredistributionofstressandthedisplacementtowardsthecentreofthetunnelinrock,andthusformsanewstressfield,knownasthesecondrockStressstate．Iftherockalthes

5、econdstressstatecannotmaintainlong-termstability,Wemustsetupretainingstructuresinordertoimposetheconstraintsonthesurroundingrockwithinthetunnel，controltherockdeformation,improvethestressstateandmaketherockstable，whichisknownasthethirdstressstate．Obviously,it

6、isthekeytoareasonableandreliabledesignandconstructionofthetunnelinrocktOfindandknowthestressanddisplacementinthesurroundingrockwithinthetunnelateachconstructionstage．Inthisthesis，asystematicalstudywasmade011thedistributionsofthestressanddisplacementinthesurr

7、oundingrockwithinthetunnelatdifferentconslructionstagebyusingelasto-plastictheoryandFLAC3DonthebasisoftherelevantworkSOfaravailable．n圮maincontributionsofthethesisinclude：1．哪垃basicprinciplesandmainfeaturesofFLAC3Dwereintroducedbriefly．2．Based011theassumptiont

8、hattheinitialstressinrockisisotropic，someanalyticalexpressionsweresummarizedandderivedforthedistributionsofstressanddisplacementintherockofcirculartunnelatthesecondelasticandplasticstatesandatth