浅谈浅埋洞室开挖与支护稳定性数值模拟及其参数优化研究

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1、青岛建筑工程学院硕士学位论文浅埋洞室开挖与支护稳定性数值模拟及其参数优化研究姓名：梁咏宁申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王剑波;鞠玉忠20000101青岛建筑工程学院工学硕士论文摘要浅埋大跨地下洞室是地下工程的一个分支，其特点、围岩变形及破坏机理与深埋洞室不同，且其开挖与支护过程是一个动态的过程，通过对该动态过程的数值模拟进行开挖与支护方案的选取和支护加固参数的优选对于工程设计和施工是非常重要的，青岛龙山地下商场主洞全长146m，跨度14m，埋深12～14m，是典型的浅埋大跨洞室，其稳定性和可靠性对于整个工程在施工、使用中安全及地表建筑物的安全具有重要意义。本文以该工程为背

2、景，在三维有限元应用及锚喷支护加固参数优化方面进行了以下研究工作：1．针对浅埋大跨洞室的特点、围岩受力变形及破坏机理，提出了以破坏区面积、顶底板相对位移量及地面最大沉降量三个综合指标作为判断洞室稳定性的标准，比单一指标更加准确。2．根据该工程的地质特征，建立了有限元数值模拟模型，得出了在该工程地质条件与工程条件下较为合理的开挖方案是先拱后墙的开挖顺序，并研究了开挖后浅埋洞室围岩变形的特征以及控制地面沉降的措施。模拟计算表明，控制一次开挖长度对增加围岩稳定性及减少地面沉降作用很大。3．模拟研究了长锚索、短锚杆共同作用的机理，论证了该工程支护加固方案的合理性及采用长锚索的必要性，设置锚索

3、可有效降低地面沉降。提出了长锚索、短锚杆双层承载环(挤压拱)理论，模拟论证了该理论的正确性。4．用正交有限元模拟了锚喷支护参数以及岩体的物理力学参数对围岩稳定性及地面沉降的影响，找出了其中的主要影响因素：采用正交有限元试验进行支护参数优选，分别确定了主支洞的最优支护加固参数，弥补了原支护方案设计中只凭经验而无理论计算的不足。5．利用回归正交有限元试验分析方法，建立了支洞支护参数与位移稳定性指标之间的二元二次回归关系式，这种解决问题的方法及得出的结论对于本工程及类似地下工程的开挖和支护都有较好的参考价值。青岛建筑工程学院工学硕士论文6．本文对最优支护参数下洞室的开挖与支护过程进行了模拟

4、，给出了开挖与支护各步骤的应力场与位移场，分析了开挖与支护过程中围岩应力状态和位移状态的变化情况，分析表明：在该支护参数下，只要对洞室的个别部位进行重点支护，就能够保证洞室施工及使用过程中的稳定性。关键词：浅埋大跨洞室围岩稳定性与地表沉降锚喷支护三维有限元数值模拟正交有限元试验参数优选II青岛建筑工程学院工学硕士论文AbstractShallowundergroundopeningwithlargespanisanembracementoftheundergroundopening，Itdiffersfromdeepundergroundopeningondeformationand

5、destroyofsurroundingrock，Itsexcavationandsupportingisadynamicprocess，thechoiceofoptimalconstructionsequenceandoptimizationofsupportingparametersbyusing3DFEMnumericalmethodtostudythewholedynamicprocessismuchsignificanttoengineeringdesignandconstruction．LongshanundergroundmarketofQingdaoisatypica

6、lshallowburyingundergroundopening，whoselengthis146m，spanis14manddepthis12-14m，ItsstabilityduringconstructioniscriticaltOthewholeengineering．Consideringtheexcavationandsupportingofthisundergroundopening，ManysubjectsuchaSapplicationof3DFEMprogramalongwiththeoptimizationofboltandsprayparametersiss

7、tudied．’1．Basedonthedeformationanddestroyofsurroundingrock，theapproachisproposedthat：therelativedisplacementbetweenroofandbottom，thebiggestdisplacementofgroundandtheareaofplasticzoneduringconstructionshouldbeconsideredasthreeinteg