浅谈有限元强度折减法在隧道工程中的应用

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1、青岛理工大学硕士学位论文有限元强度折减法在隧道工程中的应用姓名：王建新申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：郑颖人;王在泉20060601青岛理工大学工学硕士学位论文摘要有限元强度折减法不但适用于边坡工程，同样适用于隧道工程，本文将极限分析有限元法应用于隧道的稳定性评价。文章首先对有限元强度折减法的基本原理进行了较为系统和深入的研究，运用平面应变弹塑性有限元分析原理对隧道分别处于II、III、IV围岩条件下进行了稳定性分析；并以青黄海底隧道为例，探讨了强度折减有限元法在实际工程中的应用。研究工作主要包括以下几

2、个部分：1．详细介绍了有限元强度折减法的基本原理及其计算方法：将边坡整体失稳的判据应用到隧道工程中来，给出了隧道失稳的判据，即以隧道围岩破裂面上节点的塑性应变或位移突变作为隧道整体失稳的标志，并以有限元静力计算是否收敛作为隧道失稳的判据。2．应用有限元强度折减法，分别计算了II、III、IV围岩条件下隧道的稳定性问题，通过计算获得其安全系数并分析了其破裂面；以此为基础，较为系统的探讨了同类围岩条件下，不同隧道埋深、不同泊松比以及不同隧道断面形状对计算结果的影响。对于围岩含节理裂隙的隧道，计算所得的安全系数为局部安

3、全系数，结果表明节理的存在大大降低了隧道的整体稳定性。●3．以青黄海底隧道为例，结合工程类比法，应用强度折减确定了其合理的埋深及双洞之间的合理间距；考虑海水沿隧道上覆岩层破碎带渗流的情况下，文章作了简化计算，认为作用在隧道围岩堵水圈及隧道衬砌结构上的海水压力为静水压力，通过有限元计算评价海水渗流对隧道稳定性及衬砌结构的影响。关键词：强度折减有限元法、隧道整体安全系数、塑性区、海水渗流、海底隧道稳定性童墅堡三奎兰三耋堡圭耋堡堡圣ABSTRACTStrengthreductionFEMisapplicablenoto

4、nlyinslopeengineeringbutalsointunnelengineering，SOthethesistriestogiveafavorableappraisetotunnelengineeringbasedonthelimitanalysisbyfiniteelementmethod．First，thepaperconductedsystematicallytheresearchoffundamentalprincipleofstrengthreductionFEM；then，thestabil

5、ityoftunnelsinclassIV、illandIIsurroundingrockisnumericallyanalyzedbyplanestrainelastoplasticfiniteelementmechanism；furthermore，wediscussedtheapplicationofstrengthreductionFEMinpracticalengineeringonthebasisoftheQingDaosubseatunnelengineering．Thecontentsareinc

6、ludedinthethesisasfollows：(1)ThefundamentalprincipleandthenumericalcalculationmethodofstrengthreductionFEMwasintroducedindetailInthisthesiswegiveaappraisetotunnelusingreferenceofthecriterionsofwholeslopefailure，whichmeansthatthedramaticincreaseindisplacemento

7、rplasticstrainofnodeslocatedinthefracturesurfaceofsurroundingrockcarlbethoughtasthecriterionsoftunnel，meanwhile，thenumericalnon·convergencetakeplaceatthesametime．(2)thestabilityoftunnelsinclassIV、IIIand11surroundingrockisnumericallyanalyzedinthispaper,fromwhi

8、chweobtainthetunnelsafetyfactorandlatentslipsurface．Moreover,wefullydiscussedtheeffect，whichplayedbyrockPoisson’Sration，thedepthoftunnelrockcoverandtheshapeoftunnel，tothesafetyfactorandth