浅谈考虑卸荷效应的大跨径隧道围岩稳定性分析

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1、学校代号：10536学号：03052002密级：长沙理工大学硕士学位论文Y975813考虑卸荷效应的大跨径隧道围岩稳定性分析学位申请人姓名虽迭这导师姓名及职称黄生塞塾握培养单位援鋈兰结捡三程堂医学科专业鲞±王程论文提交日期星QQ鱼生垒旦论文答辩日期2QQ鱼堡墨旦答辩委员会主席毯要丝垫煎摘要目前，国内外修建的大跨径隧道的数量随着交通需求的增大而不断增加。因而，对大跨径隧道修建技术的研究已经成为一个十分重要的课题。尽管目前已取得了较大的成果，但这些成果的理论基础均来源于加载岩体力学理论。而实际上，隧道工程等的开挖却是卸荷行为。故对于这些

2、实际工程问题就不能再以加载理论来解决。本文从大跨径隧道的力学问题这个角度出发，基于岩体卸荷力学行为，依据隧道开挖的特点，建立了三维有限元计算模型，采用弹塑性有限元，研究大跨径隧道围岩稳定性。卸荷岩体力学是以工程地质为基础，采用比较确切地描述岩体力学行为的卸荷本构关系，如正交异性非线性本构关系，选择反映岩体卸荷非线性动态变化的变刚度计算方法，对实际的工程开挖进行更符合现场施工状况的计算与分析。其最大的特点是反映了岩体因开挖所引起的力学参数劣化的问题。但由于目前该理论仍然处于完善阶段，且现在没有基于该理论开发的计算软件。为了能够利用现有

3、的有限元计算软件实现其计算参数劣化问题，考虑到随着岩体的开挖，不同区域内的岩体其卸荷程度不同这一特点，故本文在有限元计算过程中，采用对满足一定条件的单元，小幅度降低其计算参数的方法来模拟岩体“卸荷”过程。本文以三峡船闸高边坡分析成果和位于福州机场高速公路鹤上隧道的长期监测资料为基础，分别进行了二维、三维的弹塑性有限元分析。计算结果与实测数据对比表明：上述有限元计算方法是合理、可行的。在此基础上本文对牛湖山隧道的浅埋Ⅳ、V级围岩地段进行了施工过程动态数值模拟，分析了施工过程中围岩与支护的应力、应变的分布和变化规律，以及受开挖影响较大的

4、围岩范围与开挖面之问的距离关系：一般受开挖影响较大的围岩范围在开挖面前后6米左右，其中严重影响的区域是在开挖面前后3米左右的距离；无论采取上下台阶预留核心土的环形开挖方式，还是双侧壁导坑的开挖方式，上台阶的开挖对围岩及支护结构的影响程度最大。进而在更深的层面上认识围岩的施工力学响应。关键词：大跨径隧道；卸荷非线性；横观各向异性；围岩稳定性；三维有限元ABSTRACTAtpresent，alongwiththeincrementofcommunications，thenumbersoflarge—spantunnelcontinual

5、lyincreasedathomeandabroad．Thedesignandconstructionoflarge·spantunnelwasviewedtoacompletelysignificantproblem．Eventhoughanumberofmajorachievementswereobtained，theserationaleswerebasedonthetheoryofloadingrockmassmechanics．Andyetthemechanicalbehaviorofthetunnelexcavation

6、wasunloadingbehavior．So，loadingrockmassmechanicscouldn’tbeusedtoresolvetheseproiects．Inthispaper,onaccountofunloadingrockmassmechanicalbehavior,characteristicsoftunnelexcavation．3D-FEMmodelwasestablished．Inviewofthemechanicalproblemoflarge—spantunnel，thestabilityoflarg

7、e—spantunnelwasstudiedbyelastic—plasticFEM．Unloadingrockmassmechanicswasbasedonengineeringgeologicalconditions，theunloadingconstitutiverelationthatofexactlydescribingrockmassmechanicalbehaviorwasused，andthevaryingrigiditymethodthatofreflectingdynamicnonlinearattributeo

8、frockmassunloadingwasselected，itscalculationandanalysiswascorrespondingtopracticalengineering，andthedecreasedparamete