基于ANSYS软件对隧道弹-塑性围岩有限元模拟研究

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1、摘要摘要：14世纪发明了火药，推动了隧道技术发展。1679年用于法国拉恩开得克运河隧道开挖，获得极大成功，隧道挖掘技术得到飞速的发展。19世纪的产业革命，使隧道开挖出现了各种新方法，迎来了近代隧道开挖技术的新曙光。新中国成立以来，为改变国家的经济布局，发展内地和山区的经济，先后修建了数十条隧道比重较大的山区铁路。使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上都有了较大发展，逐渐掌握了隧道建筑的新技术，从人力为主体的施工转向以机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。我国是幅员辽阔、地质复杂、多山的发展中国家，随着我国市场经济的发展，高速公路已从沿海地区向西部山区延伸，公路隧

2、道的数量和建筑规模越来越大。城市化交通尚处于起步阶段，大规模交通事业方兴未艾，隧道事业发展前景十分广阔。对隧道工程的研究，有利于满足国家西部大开发的基础建设需求，有利于推动隧道设计方向的转变，将为隧道开挖和支护提供可靠保障。本文基于ANSYS软件的CivilFEM模块，对某ⅡI类围岩隧道的开挖与支护，进行线弹性和非线性弹塑性仿真模拟对比研究，主要内容如下：1)第一部分阐述了隧道工程的产生、特点、功能和类型，介绍了隧道工程开挖及支护方式的类型及发展现状，详细说明了隧道工程在施工和设计中存在的主要问题：2)从理论上说明应力增量与应变增量的关系公式，对塑性力学的本构方程

3、进行了详细的推导；对松弛荷载理论和岩承理论进行了详细的对比说明，选出本文采用的支护结构理论一一岩承理论，也称现代支护理论；简要介绍了本文使用的Drucker-Prager屈服准则；3)通过现场收集资料，得到了某隧道的工程概况、工程地质情况；利用隧道围岩的分类和力学实验，得出本隧道ANSYS仿真模拟分析所需的围岩参数：4)建立了该隧道开挖及支护的仿真模型，分别对该隧道的四种开挖与支护方式进行线性求解和非线性求解；对模拟计算结果进行了详细的分析，提出了本隧道开挖与支护时最不利位置的分布、开挖与支护的最佳方式、非线性求解的优缺点；提出了针对该隧道开挖与支护的对策和施工中

4、应注意的事项。5)对模拟计算结果的弯矩、剪力和轴力分析，提出了针对本隧道ⅡI类围岩的最佳开挖施工方法；在“品”字形开挖施工中，鉴于工序多，在每一步开挖过程中，转角处节点力较大，存在应力集中，实际施工中应对这些地方予以重视，可加大支护强度或采取特殊措施，以防局部出现坍塌。基于ANSYS软件对隧道弹．塑性围岩有限元模拟研究总之，利用ANSYS有限元软件来分析弹塑性隧道围岩，能够节省大量的人力、才力和物力：它是一种十分有效的分析方法，能够简洁、准确地计算出各种形状的弹一塑性体的应力、应变分布情况，为隧道的开挖及支护提供可靠的保障。关键词：隧道，开挖，支护，ANSYS有限

5、元，非线性Ⅱ摘要Abstract：Theinventionofgunpowderpromotedthedevelopmentofthetunneltechnologyinthe14thcentury．ItisgreatSuccesstousegunpowderintheexcavationoftheLanKadcoCanalTunnelinFrance．Tunneltechnologyhaddevelopedrapidlyafterthat．The19thcenturyindustrialrevolutionpromptedmanynewmethodsandush

6、eredthenewdawntothemodemtechnologyfortunnelexcavation．InordertochangeeconomiclayoutanddevelopeconomyoftheMainlandandintheMountains，ourcountryhasbuiltscoresofrmlwaywhichaccountsforalargeproportionoftunnelsince1949．Itmadeagreatdevelopmentfortunnelinnumberandconstructiontechnology．Gradua

7、lly，wemasteredthetechnologyofmoderntunnelconstruction．Ourconstructiontechnologyshiftedtothemechanicalexcavationfromthemainmanpower,themaintechnicallygotaqualitativeleap．Chinaisadevelopingcountrywithvastterritory，complexgeologicalconditions，mountainous．Highwayfromthemountainextendstoth

8、ewest