淺埋隧道圍巖穩(wěn)定性的極限分析上限法研究.pdf

1、淺埋隧道圍巖壓力和穩(wěn)定性問題對于隧道設(shè)計(jì)、施工和理論研究均具有重要意義。傳統(tǒng)的極限平衡法和滑移線法在解決該問題時(shí)存在諸多困難。而有限元法在模擬隧道圍巖失穩(wěn)破壞時(shí)需進(jìn)行大量的迭代計(jì)算，耗費(fèi)機(jī)時(shí)且可能存在收斂問題。相比而言，極限分析上限法是解決該問題的有效途徑。其中剛性滑塊上限法針對特定問題具有計(jì)算量小、能快速得到上限解等特點(diǎn)。而上限有限元法無需假定破壞模式，又結(jié)合了有限元法的優(yōu)勢，對復(fù)雜邊界條件的適應(yīng)性較強(qiáng)。論文以這兩種方法為主要研究手段

2、，對不同參數(shù)條件下淺埋隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)探討了傳統(tǒng)的剛性滑塊極限分析上限法的主要特點(diǎn)及適用性問題，對破壞模式和速度場的構(gòu)建方法等問題進(jìn)行討論，分別構(gòu)建了矩形隧道和掌子面縱向破壞模式，編制了計(jì)算程序，對隧道穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。
　　 (2)基于線性規(guī)劃模型的上限有限元基本理論，提出其計(jì)算流程，編制了隧道穩(wěn)定性分析的二維上限有限元通用計(jì)算程序，調(diào)節(jié)網(wǎng)格劃分和約束條件，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邊界條件下

3、的隧道圍巖穩(wěn)定性分析。通過計(jì)算經(jīng)典的條形基礎(chǔ)地基承載力算例，與已有精確解進(jìn)行對比，驗(yàn)證程序的準(zhǔn)確性。并探討了上限有限元法的網(wǎng)格密度、網(wǎng)格形式、塑性乘子數(shù)目p等因素對計(jì)算結(jié)果精度的影響。
　　 (3)對于土體不排水條件，利用上限有限元得到了不同參數(shù)取值時(shí)單洞圓形隧道圍巖穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算圖表；而針對土體排水條件下單洞圓形隧道圍巖穩(wěn)定性，得到不同參數(shù)取值時(shí)的隧道支護(hù)反力系數(shù)Ny、Ns、Nc的計(jì)算圖表，計(jì)算結(jié)果與已有文獻(xiàn)進(jìn)行對比驗(yàn)證。<

4、br>　　 (4)將強(qiáng)度折減法引入上限有限元，提出相應(yīng)的計(jì)算流程，并通過算例得到淺埋隧道圍巖穩(wěn)定性安全系數(shù)。
　　 (5)根據(jù)上限法計(jì)算結(jié)果，總結(jié)了單洞淺埋隧道圍巖破壞模式和影響因素。分析不同參數(shù)條件下隧道圍巖破壞模式的形態(tài)特征和演變規(guī)律。
　　 (6)利用上限有限元法得到不同參數(shù)條件下的矩形隧道圍巖壓力和淺埋隧道掌子面支護(hù)反力系數(shù)Ny和Ns，并與剛性滑塊上限法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。
　　 (7)針對并行隧道和