大跨公路隧道施工过程空间力学效应研究

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1、湖南大学硕士学位论文大跨公路隧道施工过程空间力学效应研究姓名：张进华申请学位级别：硕士专业：建筑与土木工程指导教师：赵明华;袁永年2002.8.1大跨公路隧道施工过程空间力学效应研究(摘要)研究生：张进华指导教师：赵明华教授袁永年高级工程师、(随着我国高速公路建设的高速发展，铁路、公路隧道，特别是长大和特长隧”r、／道施工过程中洞室周边围岩的稳定性与结构受力状态的研究日益显得重要。本文结合上海至瑞丽国道主干线湖南邵阳至怀化高速公路建设中，拟建的长达7．6公里的雪峰山隧道工程，首先介绍了隧道支护结构的常用分析计算方法；然后通过对隧道施工过程

2、中，洞室稳定性与支护结构相互作用机理的深入分析，建立了隧道施工过程的空间计算模型，提出了采用三维弹塑性有限元一无限元耦合的数值计算方法，综合分析了隧道在不同围岩特性和围岩类别条件下，以及不同施工开挖方案等对隧道围岩整体稳定和安全性的影响，从而解决了通用有限元方法难以解决的隧道三维无限域问题；其可充分发挥有限元法在分析非线性方面的有效性和成熟性，以及无限元法在分析处理无限域和半无限域方面的精确性和简便性，为隧道施工过程中围岩的稳定性分析开辟了一条新的途径。此外，在本文理论研究的基础上开发出相应的三维弹塑性有限元一无限元耦合计算机程序，．并据

3、此分析了雪峰山隧道在不同围岩类别条件下，不同的施工开挖方案对其结构及围岩稳定性和安全性的影响，比较了相同围岩条件下各种施工方案的优劣，得出了一些有益的结论。这些研究成果可为雪峰山隧道及其它同类工程在不同的围岩地质条件中，选择最佳的施工方案提供科学的参考依据。关键词：大跨公路隧道无限元耦合分析空间力学效应围岩稳定’陛施工过程SpatialMechanicEffectStudyDuringConstructionprocessofBig—SpanHighwayTunnel(Abstract)ZhangJinhuaSupervisedbyPro

4、￡ZhaoMinghua&SeniorEngineerYuanYongnianWiththerapiddevelopmentofthestatehighwayconstruction，itbecomesmoreandmoreimportantforthestudyofstabilityofperipheralsurroundingrockanditsforcedconditionofthestructureduringconstructionofrailwayorhighwaytunnels，especiallyofthoselongor

5、extra-longtunnels．AssociatedwithaprojectoftheplannedXuefengshanTunnelwith7．6kmlongduringtheconstructionofShaoyangtoHuaihuaExpresswayinHunanprovinceofShanghaitoRuiliNationalTrunkHighway,thispaperfirstlymakesallintroductionofthefrequently—usedanalysis&computationmethodsfort

6、unnelsupportingstructure．Then，basedontheanalysisofthebasictheoryabouttheinteractionmechanismofsurroundingrockandsupportstructure，aspatialcomputationmodelismade，acouplingnumericalcomputationmethodwitll3一Delastic—plasticfiniteelementandinfiniteelementisproposed，andacomprehe

7、nsiveanalysishasbeenmadetotheeffectsoftheoverallstabilityandsafetyofthesurroundingrocksofdifferentcharacteristics，differentclassesandunderdifferentconstructionmethods．Andthustheproblemof3-DinfiniteregiontowhichapplyingthegeneralfiniteCan’tdohasbeenresolved．Byadopting3-Dco

8、uplingmethod，theefficiencyandmaturityofFEMinanalyzingthenonlinear,andtheaccuracyandsimplicityofI