椭圆形地下隧洞围岩应力及支护结构内力分析.pdf

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1、学校代码10406分分分类类类号号号TU4密密密级级级学学学号号号080080104002题目椭圆形地下隧洞围岩应力及及支护结构内力分析及支护结构内力分析作者李东升学科、、、专业、专业工程力学指指指指导导导导教教教教师师师师严超华教授申请学位日期20112011年2011年年年6666月月月月学校代码：10406分类号：TU4学号：080080104002南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）椭圆形地下隧洞围岩应力及支护结构内力分析硕士研究生：李东升导师：严超华教授申请学位级别：硕士学科、专业：工程力学所在单位：飞行器工程

2、学院答辩日期：2011.6授予学位单位：南昌航空大学TheAnalysisofSurroundingRockStressAndSupportStructureInternalStressforOvalTunnelsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnEngineeringMechanicsByDongshengLiUndertheSupervisionofProf.ChaohuaYanSchoolofAircraftEngineeringNanchangHangKongU

3、niversity,Nanchang,ChinaApril,2011摘要随着城市化的发展，地面拥挤的现象日趋严重，地下空间将会得到大量的开发与利用。在复杂的地下环境中，地下空间无法进行大面积的施工，因此，准确计算围岩的应力问题是地下工程设计首先要解决的重要问题。在科学技术快速发展的今天，数值计算无疑是解决工程力学问题强有力的工具，然而解析方法始终是解决问题的基础，如果忽略这个基础方法，那么数值方法的使用与发展就无法令人相信。虽然实际测量可以得到正确的数据，但是需要耗费大量人工和时间。围岩应力的大小以及分布规律是地下洞室稳定

4、性分析和设计的重要的理论依据，特别在现代监测技术的迅速发展与广泛应用的今天,大力促进了地下工程围岩应力计算理论的发展。本文根据穆斯海里什维里弹性平面问题的基本原理,应用了复变函数保角变换方法和弹性力学理论，对椭圆地下隧洞在均匀或者线性内压作用进行了分析,从理论上推导了在这两种边界条件下，椭圆形地下隧洞应力的解析解。随着隧洞开挖，形成了新的临空面，应力打破了原来的平衡，应力重新分布。如果不对围岩进行及时的支护，围岩就会随时发生破坏。因此地下隧洞开挖后，对围岩采用预支护，合理调动围岩的自承能力，开挖后及时支护，使其与围岩共同作

5、用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形，这对地下工程施工和设计十分重要。本文对于同心椭圆环，用级数展开的方法，推导了椭圆环的应力计算公式，计算结果可为合理设计椭圆形洞室支护结构提供一定的理论依据。关键词：线性内压；椭圆形；椭圆环；支护结构IAbstractThecrowdedsituationonthegroundisgettinghardastheurbanizationundergoing,andtherewillbeplentyofdevelopingandusingofundergroundspace.Inco

6、mplicatedundergroundenvironment,thewidespreadconstructioncan’tbetakeneasily,sotheaccuratecalculationofsurroundingrockstressisthemostimportantproblem.Numericalcalculusisundoubtedlythepowerfultoolforengineeringmechanicsprobleminnowdaysasthescientifictechnologydevelo

7、pingsofast,yettheanalyticalmethodisalwaysthefoundationinsolvingtheproblem,fortheapplicationsanddevelopingofnumericalcalculusarethennotsocredibleifthisfundamentalmethodisneglected.Thoughprecisedatacouldbeobtainedbyactualmeasurement,themanualandtimeconsumingneedtobe

8、taken.Thevaluesanddistributionrulesofsurroundingrockstressisthetheoreticalbasisofstabilityanalysisanddesignofundergroundcavities,especiallyinrecentdecad