基于ANSYS軟件對隧道彈-塑性圍巖有限元模擬研究.pdf

1、14世紀(jì)發(fā)明了火藥，推動了隧道技術(shù)發(fā)展。1679年用于法國拉恩開得克運河隧道開挖，獲得極大成功，隧道挖掘技術(shù)得到飛速的發(fā)展。19世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)革命，使隧道開挖出現(xiàn)了各種新方法，迎來了近代隧道開挖技術(shù)的新曙光。新中國成立以來，為改變國家的經(jīng)濟(jì)布局，發(fā)展內(nèi)地和山區(qū)的經(jīng)濟(jì)，先后修建了數(shù)十條隧道比重較大的山區(qū)鐵路。使得我國在鐵路隧道的數(shù)量和施工技術(shù)上都有了較大發(fā)展，逐漸掌握了隧道建筑的新技術(shù)，從人力為主體的施工轉(zhuǎn)向以機(jī)械開挖為主體的施工，技術(shù)上有了

2、質(zhì)的飛躍。
　　 我國是幅員遼闊、地質(zhì)復(fù)雜、多山的發(fā)展中國家，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路已從沿海地區(qū)向西部山區(qū)延伸，公路隧道的數(shù)量和建筑規(guī)模越來越大。城市化交通尚處于起步階段，大規(guī)模交通事業(yè)方興未艾，隧道事業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。
　　 對隧道工程的研究，有利于滿足國家西部大開發(fā)的基礎(chǔ)建設(shè)需求，有利于推動隧道設(shè)計方向的轉(zhuǎn)變，將為隧道開挖和支護(hù)提供可靠保障。
　　 本文基于ANSYS軟件的Civil FEM模塊，

3、對某ⅡI類圍巖隧道的開挖與支護(hù)，進(jìn)行線彈性和仿真模擬對比研究，主要內(nèi)容如下：
　　 1)第一部分闡述了隧道工程的產(chǎn)生、特點、功能和類型，介紹了隧道工程開挖及支護(hù)方式的類型及發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)說明了隧道工程在施工和設(shè)計中存在的主要問題：
　　 2)從理論上說明應(yīng)力增量與應(yīng)變增量的關(guān)系公式，對塑性力學(xué)的本構(gòu)方程進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)；對松弛荷載理論和巖承理論進(jìn)行了詳細(xì)的對比說明，選出本文采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)理論——巖承理論，也稱現(xiàn)代支護(hù)理論

4、；簡要介紹了本文使用的Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則；
　　 3)通過現(xiàn)場收集資料，得到了某隧道的工程概況、工程地質(zhì)情況；利用隧道圍巖的分類和力學(xué)實驗，得出本隧道ANSYS仿真模擬分析所需的圍巖參數(shù)：
　　 4)建立了該隧道開挖及支護(hù)的仿真模型，分別對該隧道的四種開挖與支護(hù)方式進(jìn)行線性求解和非線性求解；對模擬計算結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出了本隧道開挖與支護(hù)時最不利位置的分布、開挖與支護(hù)的最佳方式、非線性求解的優(yōu)缺點

5、；提出了針對該隧道開挖與支護(hù)的對策和施工中應(yīng)注意的事項。
　　 5)對模擬計算結(jié)果的彎矩、剪力和軸力分析，提出了針對本隧道III類圍巖的最佳開挖施工方法；在“品”字形開挖施工中，鑒于工序多，在每一步開挖過程中，轉(zhuǎn)角處節(jié)點力較大，存在應(yīng)力集中，實際施工中應(yīng)對這些地方予以重視，可加大支護(hù)強(qiáng)度或采取特殊措施，以防局部出現(xiàn)坍塌。
　　 總之，利用ANSYS有限元軟件來分析彈塑性隧道圍巖，能夠節(jié)省大量的人力、才力和物力：它是一種十