浅论公路隧道开挖过程的数值模拟分析及研究

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1、分类号：TU一4107lO一20050838谖步夫海硕士学位论文公路隧道开挖过程的数值模拟分析及研究导师姓名职称申请学位级别论文提交日期学位授予单位丁伟石坚副教授答辩委员会主席学位论文评阅人郭增玉郭增玉俞宗卫摘要本文在论述当前隧道结构稳定性研究现状的基础上，从隧道围岩压力入手，介绍了围岩的初始应力状态以及围岩松动压力的确定方法；通过对支护结构与围岩相互作用的力学分析，建立了围岩与支护结构平衡状态。阐述了隧道结构数值计算方法及有限元数值分析过程，分析了ANSYS在模拟隧道开挖过程中的应用和实现。结合安徽六潜高速公路磨子潭III号隧道，应用有限元软件ANSYS建立了隧道计算

2、模型，采用弹塑性方法及Mohr-Coulomb屈服准则，对该隧道ZK58+210断面分步开挖和支护进行模拟，得到了各个开挖阶段的位移、应力图、支护结构内力图以及开挖前和开挖后隧道围岩与支护结构的位移、应力变化规律。工程实例数值分析表明，计算结果与实测结果相近，表明了本文选用的方法和模型的合理性，平面应变和梁单元组成的组合结构模型及各种参数可以较好的反映隧道开挖和支护的受力和变形性能。同时，提出了磨子潭隧道的施工技术方案和施工中的注意事项，也为整个隧道的安全、顺利施工提供了理论依据，也可作为类似隧道设计施工的参考依据。关键词：隧道开挖、ANSYS、有限元法、数值模拟、支护

3、AbstractThispaperbasedondiscussionoftheresearchpresentstatusthatthetunnelstructurestabilization，obtainedfromthetunneladjacentformationpressureintroducedtheadjacentformationinitialstressconditionaswellastheadjacentformationloosepressuredefinitemethod．Throughmechanicsanalysiswhichmutuallya

4、ffectstosupportstructurethestructureandtheadjacentformation，hasestablishedtheadjacentformationandsupportstructurethestructurestateofequilibrium．Then，representingthetunnelstructurenumericalsimulationmethodsandtheanalyzingcourseofthefiniteelement，andanalyzingANSYSapplicationattheimitationo

5、fthetunnelconstruction．BasedonMoZiTan-No．IIItunnelengineeringoftheLiuQianhighwayinAnHuiProvince，establishingthetunnelcalculationmodelbyANSYS，usingtheelastic-plasticmethodandyieldcriterionofMohr-Coulombtosimulatethecuttingandsupportingoncross—sectionZK58+210ofthistunnel，obtainedmotionstre

6、ssgraphofeachcuttingstepandthechangingregularofmotionstressaboutthecuttingforeandafter．Theresultsforapracticalprojectshowedthevalidityofthemodelandthenumericalmethod，thecombinationconstructionmodelcomposedbyplanstressandbeamconcomitancewiththoseparameterchoosebyauthorcanworkedonthestress

7、anddistortionduringthetunnelexcavationandliningwell．Atthesametime，extracti·ngtheconstructiontechnicalversionandtheattentionthingsaboutMoZiTantunnelandsupplyingthecredibilitytheoryaccordionofthesafetunnelconstruction，andwilldirectthelikenesstunnelconstructionwillhavegoodre