岩溶区隧道衬砌结构力学特性的研究
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摘要
掌握不同溶洞对隧道影响规律,开展岩溶区隧道衬砌形式研究,对提高岩溶区隧道安全性,加快岩溶区隧道的建设有着直接的推动作用。
论文采用大型有限元计算软件ANSYS进行数值模拟计算。先对单线铁路隧道在不存在溶洞、存在溶洞以及溶洞尺寸和位置发生变化情况下,分别进行了建模计算。通过对计算结果汇总、对比分析,总结了不同溶洞对单线铁路隧道衬砌影响规律。再结合分析得出的规律,进而展开对隧道衬砌进行优化,并得出了一些针对岩溶区隧道设计和施工具指导意义的结论。
论文主要研究内容包括:
1、隐伏溶洞对单线铁路隧道衬砌影响规律的研究:分顶部隐伏溶洞、侧部隐伏溶洞和底部隐伏溶洞三种情况,在每种情况下对溶洞的尺寸进行四种变化,共12种工况下进行数值模拟分析了隐伏溶洞对单线铁路隧道衬砌的影响;
2、提出了六种岩溶区单线铁路隧道衬砌优化方案:对侧部隐伏溶洞和底部隐伏溶洞各提出了三种优化方案;
3、对岩溶区单线铁路隧道衬砌优化方法的优化效果研究:对六种优化方案分别进行数值模拟计算,通过与优化前隧道衬砌的受力变形对比分析,对优化效果进行总结;
4、对岩溶区隧道衬砌的设计施工提出建议:根据理论分析的结果,结合隧道施工的实际情况,对岩溶区隧道衬砌的设计和施工提出了有益的建议。
Obtaining the influence rules of the carst tunnel by different cave style, and proceeding karst tunnel lining style research has directly push forward to improve the security of karst tunnel and accelerate the construction of karst tunnel.
The thesis adopts the large-scale finite element analysis software of ANSYS 10.0 to proceeding numerical simulation computation. The thesis builds different models to simulate various conditions including not existing karst cave, existing karst cave, changing karst cave dimension and position. The thesis generalizes the impact law of varied karst cave to the single-line railway tunnel by summary and contrast analysis to the calculated result. Further studies on karst tunnel lining optimization have been got under condition of obtained influence law. Last the thesis draw some significant conclusions to the design and construction of carst tunnel.
Main contents of the paper:
The study of influence law on concealed carst cave to single-line railway tunnel lining includes top concealed carst cave, side concealed carst cave and bottom carst cave. And every case has four dimension changes. The study proceeds numerical simulation analysis under twelve work conditions.
The paper present six tunnel lining optimization programs including 3 the concealed side and 3 bottom carst cave.
After six optimization programs numerical simulation computation, optimization effect study to the carst tunnel by contrast the analysis result of fore-and-aft optimization has been summarized
With the practical tunnel construct case, the paper pushes forward the useful suggestion to the design and construction in the carst tunnel according to theory analysis results.
论文采用大型有限元计算软件ANSYS进行数值模拟计算。先对单线铁路隧道在不存在溶洞、存在溶洞以及溶洞尺寸和位置发生变化情况下,分别进行了建模计算。通过对计算结果汇总、对比分析,总结了不同溶洞对单线铁路隧道衬砌影响规律。再结合分析得出的规律,进而展开对隧道衬砌进行优化,并得出了一些针对岩溶区隧道设计和施工具指导意义的结论。
论文主要研究内容包括:
1、隐伏溶洞对单线铁路隧道衬砌影响规律的研究:分顶部隐伏溶洞、侧部隐伏溶洞和底部隐伏溶洞三种情况,在每种情况下对溶洞的尺寸进行四种变化,共12种工况下进行数值模拟分析了隐伏溶洞对单线铁路隧道衬砌的影响;
2、提出了六种岩溶区单线铁路隧道衬砌优化方案:对侧部隐伏溶洞和底部隐伏溶洞各提出了三种优化方案;
3、对岩溶区单线铁路隧道衬砌优化方法的优化效果研究:对六种优化方案分别进行数值模拟计算,通过与优化前隧道衬砌的受力变形对比分析,对优化效果进行总结;
4、对岩溶区隧道衬砌的设计施工提出建议:根据理论分析的结果,结合隧道施工的实际情况,对岩溶区隧道衬砌的设计和施工提出了有益的建议。
Obtaining the influence rules of the carst tunnel by different cave style, and proceeding karst tunnel lining style research has directly push forward to improve the security of karst tunnel and accelerate the construction of karst tunnel.
The thesis adopts the large-scale finite element analysis software of ANSYS 10.0 to proceeding numerical simulation computation. The thesis builds different models to simulate various conditions including not existing karst cave, existing karst cave, changing karst cave dimension and position. The thesis generalizes the impact law of varied karst cave to the single-line railway tunnel by summary and contrast analysis to the calculated result. Further studies on karst tunnel lining optimization have been got under condition of obtained influence law. Last the thesis draw some significant conclusions to the design and construction of carst tunnel.
Main contents of the paper:
The study of influence law on concealed carst cave to single-line railway tunnel lining includes top concealed carst cave, side concealed carst cave and bottom carst cave. And every case has four dimension changes. The study proceeds numerical simulation analysis under twelve work conditions.
The paper present six tunnel lining optimization programs including 3 the concealed side and 3 bottom carst cave.
After six optimization programs numerical simulation computation, optimization effect study to the carst tunnel by contrast the analysis result of fore-and-aft optimization has been summarized
With the practical tunnel construct case, the paper pushes forward the useful suggestion to the design and construction in the carst tunnel according to theory analysis results.
引文
[1]袁道先.中国岩溶学.北京:地质出版社,1993
[2]傅鹤林,韩汝才.隧道衬砌荷载计算理论及岩溶处治技术[M].长沙:中南大学出版社,2005
[3]铁路隧道设计规范(TB10003-2001).北京:中国铁道出版社,2001
[4]徐志英.岩石力学.北京:水利水电出版社,1986
[5]王挂芳.隧道计算(共同变形理论).成都:成都科技大学出版社,1992
[6]凌贤长,蔡德所.岩体力学.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002
[7]郑永学.矿山岩石力学,冶金工业出版社,1991
[8]周春选.黄土隧洞衬砌断面的优化设计[J],陕西水电,2001
[9]杨昌宇.武隆隧道岩溶暗河整治方案探讨[J].现代隧道技术,2003
[10]干昆蓉.地下工程围岩稳定性分析方法存在的问题与思考[J],现代隧道技术,2003
[11]赵明阶,徐容,许锡宾.岩溶区全断面开挖隧道围岩变形特性模拟[J],同济大学学报(自然科学版),2004
[12]赵明阶,王学军,刘绪华,敖建华,王彪.隧道侧岩溶分布对围岩稳定性影响的数值模拟研究[J]引.重庆建筑大学学报,2003
[13]赵明阶,敖建华,刘绪华,王彪.隧道底部溶洞对围岩变形特性的影响分析[J].重庆交通学院学报,2003
[14]赵明阶,徐容,刘绪华,敖建华,王彪.隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究[J]地下空间,2003
[15]赵明阶,敖建华,刘续华,王彪.岩溶尺寸对隧道围岩稳定性影响的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2004
[16]黄红元,刘伟.爆炸荷载作用下岩溶区隧道围岩变形分析[J].公路交通技术,2003
[17]吴梦军,许锡宾,刘绪华,敖建华.岩溶对公路隧道围岩稳定性的影响研究[J]地下空间,2003
[18]吴梦军,许锡宾,赵明阶,刘绪华.岩溶地区公路隧道施工力学响应研究[J].岩石力学与工程学报,2004
[19]李宁,G·Swoboda.当前岩石力学数值方法的几点思考[J].岩石力学与工程学报,1997
[20]E.Hoek and E.T.Brown.Underground Excavations in Rock(2nd)[M].Austin&Sons Ltd,Hertford,England,1988
[21]Sweeting,M.M.,1981.Karst Geomorphology.Benchmark Papers in Geology/59,St.Hugh's College,Oxford.Hutchinson Ross Publ.,Pennsylvania,U.S.A.pp.410-416
[22]Lei,M.,X.Jiang,and Y.Li,2002.New Advances of Karst Collapse Research in China.Environmental Geology,Vol.42:462-468
[23]Sebela,S.,Mihevc,A.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts Volume:33,Issue:2,February,1996,pp.85A
[24]Staham.I&Baker.M..Foundation problems of limestone,Quarterly Journal of Engineering Geology,1986(19)
[25]White,W.B..Geomorphology and Hydrology of Karst Terrain,Oxford University Press,1988
[26]Richard Otto,Edward Button,Helfried Bretterebner and Peter Schwab,The Application of Ture Reflection Tomography at the Unterwald Tunnel,Geophysics,2002;2:51-56
[27]Mechanics of upward propagation of cover-collapse sinkholes,Tharp Thomas M.,Engineering Geology,1999,52(1)23-33
[28]Soliman E,Duddeck H,Ahrens H.Two and three～dimensional analysis of closely spaced double-tube tunnel[J].Tunnelling and Underground Space Technology,1993,8(1):13-18
[29]薛守义.论连续介质概念与岩体的连续介质模型[J].岩石力学与工程学报,1999
[30]薛守义,刘汉东.岩体工程学科透视[M].河南:黄河水利出版社.2002
[31]李奎.隧道岩溶围岩力学特性的初步研究.西南交大硕士论文,2005
[32]陈敬军.矿山法施工的铁路隧道装配式衬砌力学特性研究.西南交大硕士论文,2005
[33]于跃勋.地质顺层偏压隧道施工力学研究.西南交大硕士论文,2004
[34]马士伟.单线铁路隧道全环整体模筑衬砌结构优化设计研究.铁道科学研究院硕士论文,2003
[35]邹成杰.水利水电岩溶工程地质[M].北京:水利水电出版社,1994
[36]樗木武著,关宝树,麦倜曾译.隧道力学.北京:中国铁道出版社,1983
[37]关宝树.隧道力学概论.成都:西南交通大学出版社:1993
[38]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003
[39]徐则民,黄润秋.深埋特长隧道及其施工地质灾害.成都:西南交通大学出版社,2000
[40]王明年等.三车道隧道模型实验研究及有限元分析.公路,1995
[41]洪业汤.岩溶环境与西部开发.第四纪研究.2000,20(6)
[42]王濯凝.我国岩溶研究的一些新进展.中国岩溶,1996.20(4)
[43]岩土工程手册编写委员会.岩土工程手册.北京:中国建筑工业出版社,1994
[44]蒋爵光.铁路工程地质学.北京:中国铁道出版社,1991
[45]程晔.岩溶区高速公路路桥基础稳定性评价方法与应用研究.博士学位论文.长沙:湖南大学,2005
[46]宋战平.隐伏溶洞对隧道围岩——支护结构稳定性的影响研究.博士学位论文.西安:西安理工大学,2005
[47]朱合华等.边界元法及其在岩土工程中的应用.上海:同济大学出版社,1999
[48]李世辉.隧道围岩稳定性系统分析.北京:中国铁道出版社,1991
[49]丁德馨,杨仕教,孙均.岩体弹塑性模型力学参数对位移的影响研究.岩石力学与工程学报,22(5):697-701
[50]王梦恕.对岩溶地区隧道施工水文地质超前预报的意见.铁道勘察,2004(1):7-9
[51]余波.深理隧洞中的岩溶地基工程地质问题及地基处理.岩石力学与工程程学报,2001(3):403-407
[52]李彪,梁富清.高速公路隧道施工中的岩溶问题研究.工程力学,2000(增刊)
[53]铁道部第二勘察设计院.岩溶工程地质.北京:中国铁道出版社,1984
[54]李权.ANSYS在土木工程中的应用.北京:人民邮电出版社,2005
[55]中国公路学会隧道工程分会、重庆高速公路发展有限公司、重庆交通科研设汁院.2004年岩溶地区隧道修筑技术专题研讨会论文集,北京:人民交通出版社,2004
[56]程晔.岩溶区高速公路路桥基础稳定性评价方法与应用研究.博士学位论 文,长沙:湖南大学,2005
[57]白威、喻海浪.AVNSYS8.0基础教程,北京:清华大学出版社,2005
[58]薛守义.弹塑性力学,中国建材工业出版社,2005
[59]段进、倪栋、王国业.ANSYS10.0结构分析从入门到精通,兵器工业出版社、北京科海电子出版社,2006
[60]张朝晖、李树奎.ANSYS11.0有限元分析理论与工程应用,电子工业出版社,2008
[2]傅鹤林,韩汝才.隧道衬砌荷载计算理论及岩溶处治技术[M].长沙:中南大学出版社,2005
[3]铁路隧道设计规范(TB10003-2001).北京:中国铁道出版社,2001
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[9]杨昌宇.武隆隧道岩溶暗河整治方案探讨[J].现代隧道技术,2003
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[11]赵明阶,徐容,许锡宾.岩溶区全断面开挖隧道围岩变形特性模拟[J],同济大学学报(自然科学版),2004
[12]赵明阶,王学军,刘绪华,敖建华,王彪.隧道侧岩溶分布对围岩稳定性影响的数值模拟研究[J]引.重庆建筑大学学报,2003
[13]赵明阶,敖建华,刘绪华,王彪.隧道底部溶洞对围岩变形特性的影响分析[J].重庆交通学院学报,2003
[14]赵明阶,徐容,刘绪华,敖建华,王彪.隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究[J]地下空间,2003
[15]赵明阶,敖建华,刘续华,王彪.岩溶尺寸对隧道围岩稳定性影响的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2004
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[17]吴梦军,许锡宾,刘绪华,敖建华.岩溶对公路隧道围岩稳定性的影响研究[J]地下空间,2003
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[49]丁德馨,杨仕教,孙均.岩体弹塑性模型力学参数对位移的影响研究.岩石力学与工程学报,22(5):697-701
[50]王梦恕.对岩溶地区隧道施工水文地质超前预报的意见.铁道勘察,2004(1):7-9
[51]余波.深理隧洞中的岩溶地基工程地质问题及地基处理.岩石力学与工程程学报,2001(3):403-407
[52]李彪,梁富清.高速公路隧道施工中的岩溶问题研究.工程力学,2000(增刊)
[53]铁道部第二勘察设计院.岩溶工程地质.北京:中国铁道出版社,1984
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[57]白威、喻海浪.AVNSYS8.0基础教程,北京:清华大学出版社,2005
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[59]段进、倪栋、王国业.ANSYS10.0结构分析从入门到精通,兵器工业出版社、北京科海电子出版社,2006
[60]张朝晖、李树奎.ANSYS11.0有限元分析理论与工程应用,电子工业出版社,2008