碩士畢業(yè)答辯課件

1、碩士畢業(yè)答辯1應(yīng)力釋放與開(kāi)挖方法對(duì)隧道支護(hù)受力及地表沉降的影響專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程姓名：楊珺博導(dǎo)師：董輝 副教授碩士畢業(yè)答辯2n 研究意義與現(xiàn)狀研究意義與現(xiàn)狀n 應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn)方法應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn)方法n 隧道支護(hù)受力特性與地表沉降的有限元分析隧道支護(hù)受力特性與地表沉降的有限元分析n 瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析n 結(jié)論與展望結(jié)論與展望 論文結(jié)構(gòu)論文結(jié)構(gòu)碩士畢業(yè)答辯3n問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 地表沉降分布與支護(hù)受力大小是影響隧道施工安全的主地表沉降分布與支護(hù)受力大小是影響隧道施工安全的主要因素，在實(shí)際工程中，因沉降過(guò)大或支護(hù)破壞導(dǎo)致的工程要因素，在實(shí)際工程中，因沉降過(guò)大

2、或支護(hù)破壞導(dǎo)致的工程事故時(shí)有發(fā)生，如何根據(jù)實(shí)際工程情況，有效的控制地表沉事故時(shí)有發(fā)生，如何根據(jù)實(shí)際工程情況，有效的控制地表沉降和優(yōu)化支護(hù)受力，是技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。降和優(yōu)化支護(hù)受力，是技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。 因此，有必要分析各因素對(duì)地表沉降和支護(hù)受力的影響因此，有必要分析各因素對(duì)地表沉降和支護(hù)受力的影響特征。特征。 一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀碩士畢業(yè)答辯4n 目前研究現(xiàn)狀目前研究現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀水文條件水文條件土體性質(zhì)土體性質(zhì)斷面類型斷面類型開(kāi)挖方法開(kāi)挖方法應(yīng)力釋放應(yīng)力釋放影響因素影響因素碩士畢業(yè)答辯5一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀 （1）圍巖受開(kāi)

3、挖擾動(dòng)必然會(huì)釋放一定比率的應(yīng)力，而實(shí)際圍巖受開(kāi)挖擾動(dòng)必然會(huì)釋放一定比率的應(yīng)力，而實(shí)際 工程中的應(yīng)力變化復(fù)雜多樣，難以精確的測(cè)量，目前對(duì)其的研工程中的應(yīng)力變化復(fù)雜多樣，難以精確的測(cè)量，目前對(duì)其的研究還不充分。究還不充分。 （2）開(kāi)挖方法對(duì)地表沉降和支護(hù)受力的影響顯著，當(dāng)前對(duì)開(kāi)挖方法對(duì)地表沉降和支護(hù)受力的影響顯著，當(dāng)前對(duì)山嶺淺埋隧道的研究較多，而對(duì)穿江隧道洞口段的研究則較少。山嶺淺埋隧道的研究較多，而對(duì)穿江隧道洞口段的研究則較少。 （3）目前隧道斷面大都為多心圓組合，其力學(xué)特性已得到）目前隧道斷面大都為多心圓組合，其力學(xué)特性已得到廣泛的認(rèn)可和驗(yàn)證。廣泛的認(rèn)可和驗(yàn)證。 （4）土體性質(zhì)和水文條件可通過(guò)

4、超前預(yù)報(bào)得到詳細(xì)資料，）土體性質(zhì)和水文條件可通過(guò)超前預(yù)報(bào)得到詳細(xì)資料，進(jìn)而推斷出實(shí)際地質(zhì)情況。進(jìn)而推斷出實(shí)際地質(zhì)情況。n 為什么要研究為什么要研究碩士畢業(yè)答辯6n 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 因此，本文在以上基礎(chǔ)上，主要研究以下三方面內(nèi)容：因此，本文在以上基礎(chǔ)上，主要研究以下三方面內(nèi)容：（1 1）地應(yīng)力釋放率對(duì)隧道地表沉降和支護(hù)受力的影響特征。）地應(yīng)力釋放率對(duì)隧道地表沉降和支護(hù)受力的影響特征。（2 2）隧道地表沉降和支護(hù)受力對(duì)不同開(kāi)挖方法的響應(yīng)規(guī)律。）隧道地表沉降和支護(hù)受力對(duì)不同開(kāi)挖方法的響應(yīng)規(guī)律。（3 3）瀏陽(yáng)河隧道地表沉降數(shù)據(jù)分析與數(shù)值模擬。）瀏陽(yáng)河隧道地表沉降數(shù)據(jù)分析與數(shù)值模擬。一、研究意義與現(xiàn)狀

5、一、研究意義與現(xiàn)狀碩士畢業(yè)答辯7一、研究意義與現(xiàn)狀一、研究意義與現(xiàn)狀理論分析，為模型選擇提供依據(jù)對(duì)比分析模擬沉降和實(shí)測(cè)沉降，總結(jié)地表沉降的分布規(guī)律與特征對(duì)瀏陽(yáng)河隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理建立有限元模型,對(duì)數(shù)值模擬進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)模擬分析應(yīng)力釋放率對(duì)支護(hù)受力與地表沉降的影響特征模擬分析開(kāi)挖方法對(duì)支護(hù)受力與地表沉降的影響特征根據(jù)瀏陽(yáng)河工程實(shí)際，模擬分析地表沉降規(guī)律特征圖圖1-1 1-1 技術(shù)路線圖技術(shù)路線圖 碩士畢業(yè)答辯8 n 等效節(jié)點(diǎn)力計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力計(jì)算 11111221122111111221122112 ()2 ()612 ()a2 ()6iiiiiiixxxxxyxyxyiiiiiiiyyyyx

6、yxyxypb bbba aaapa aab bbbb1b2yxi 1yxiyxi 11ixyxyi 1xyia1a2yi1yiyi1xi1xixi1i 1ii 11ii1ii 1ii 1二、應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn)方法二、應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn)方法碩士畢業(yè)答辯9 二、應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn)方法二、應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn)方法n 應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放的實(shí)現(xiàn) 本文是將隧道簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題進(jìn)行考慮的，模擬過(guò)本文是將隧道簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題進(jìn)行考慮的，模擬過(guò)程中的應(yīng)力釋放是通過(guò)給等效節(jié)點(diǎn)力乘以一個(gè)（程中的應(yīng)力釋放是通過(guò)給等效節(jié)點(diǎn)力乘以一個(gè)（1-A）的系數(shù)，并將其反向施加在開(kāi)挖邊界上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中的系數(shù)，并將其反向施加在開(kāi)挖邊界上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其

7、中A表示應(yīng)力釋放率。表示應(yīng)力釋放率。碩士畢業(yè)答辯10三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 圖圖3-3隧道開(kāi)挖計(jì)算模型隧道開(kāi)挖計(jì)算模型碩士畢業(yè)答辯11 參數(shù)參數(shù)材料材料密度密度體積模量體積模量粘聚力粘聚力泊松比泊松比 內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角kg/mkg/m3 3MPaMPaMPaMPa覆蓋土覆蓋土2000600.40.337初期支護(hù)初期支護(hù)250024500/0.2/錨桿錨桿7800200000/0.28/鋼支撐鋼支撐7500245000/0.17/表表3-1模型材料參數(shù)模型材料參數(shù)三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯12釋

8、放率為釋放率為25%的支護(hù)彎矩圖的支護(hù)彎矩圖釋放率為釋放率為35%的支護(hù)彎矩圖的支護(hù)彎矩圖釋放率為釋放率為40%的支護(hù)彎矩圖的支護(hù)彎矩圖釋放率為釋放率為50%的支護(hù)彎矩圖的支護(hù)彎矩圖圖圖3-7不同釋放率下支護(hù)的彎矩圖不同釋放率下支護(hù)的彎矩圖 三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯13圖圖3-8 3-8 支護(hù)最大彎矩值隨釋放率的變化曲線支護(hù)最大彎矩值隨釋放率的變化曲線 三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯14釋放率為釋放率為25%的支護(hù)剪力圖的支護(hù)剪力圖釋放率為釋放率為35%的支護(hù)剪力圖的支護(hù)剪力圖釋放率為

9、釋放率為40%的支護(hù)剪力圖的支護(hù)剪力圖釋放率為釋放率為50%的支護(hù)剪力圖的支護(hù)剪力圖圖圖3-9不同釋放率下支護(hù)的剪力圖不同釋放率下支護(hù)的剪力圖三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯15圖圖3-10 3-10 支護(hù)最大剪力值隨釋放率的變化曲線支護(hù)最大剪力值隨釋放率的變化曲線 三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯16釋放率為釋放率為25%的支護(hù)軸力圖的支護(hù)軸力圖釋放率為釋放率為35%的支護(hù)軸力圖的支護(hù)軸力圖釋放率為釋放率為40%的支護(hù)軸力圖的支護(hù)軸力圖釋放率為釋放率為50%的支護(hù)軸力圖的支護(hù)軸力圖圖圖3-11

10、不同釋放率下支護(hù)的軸力圖不同釋放率下支護(hù)的軸力圖三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯17圖圖3-12 3-12 支護(hù)軸力極值隨釋放率的變化曲線支護(hù)軸力極值隨釋放率的變化曲線 三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯18釋放率為釋放率為25%的錨桿受力圖的錨桿受力圖釋放率為釋放率為35%的錨桿受力圖的錨桿受力圖釋放率為釋放率為40%的錨桿受力圖的錨桿受力圖釋放率為釋放率為50%的錨桿受力圖的錨桿受力圖圖圖3-13不同釋放率下錨桿力圖不同釋放率下錨桿力圖三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的

11、有限元分析 碩士畢業(yè)答辯19圖圖3-14 3-14 錨桿受力極值隨釋放率的變化曲線錨桿受力極值隨釋放率的變化曲線 三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯20釋放率為釋放率為25%地表沉降圖地表沉降圖釋放率為釋放率為35%地表沉降圖地表沉降圖釋放率為釋放率為40%地表沉降圖地表沉降圖釋放率為釋放率為50%地表沉降圖地表沉降圖圖圖3-15各開(kāi)挖步地表沉降的變化曲線各開(kāi)挖步地表沉降的變化曲線三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯21圖圖3-16地表最終沉降隨釋放率的變化曲地表最終沉降隨釋放率的變化曲線線圖圖3-1

12、7最大地表沉降隨釋放率的變化曲線圖最大地表沉降隨釋放率的變化曲線圖三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯22圖圖3-18雙臺(tái)階法開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖線雙臺(tái)階法開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖線第一步開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖第一步開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖第二步開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖第二步開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯23圖圖3-19CD法開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖法開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯24圖圖3-20CRD法開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖法開(kāi)挖支護(hù)彎矩圖三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、

13、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯25圖圖3-21不同開(kāi)挖方法下的地表沉降不同開(kāi)挖方法下的地表沉降雙臺(tái)階法地表沉降雙臺(tái)階法地表沉降 CD法地表沉降法地表沉降 CRD法地表沉降法地表沉降 三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析三、支護(hù)受力與地表沉降的有限元分析 碩士畢業(yè)答辯26隧道中軸線圖圖4-5瀏陽(yáng)河隧道地面沉降測(cè)點(diǎn)布置圖瀏陽(yáng)河隧道地面沉降測(cè)點(diǎn)布置圖四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析碩士畢業(yè)答辯27圖圖4-6地表沉降實(shí)測(cè)值與高斯擬合曲線圖地表沉降實(shí)測(cè)值與高斯擬合曲線圖四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析碩士畢業(yè)答辯

14、28圖圖4-7不同工法在相同里程的實(shí)測(cè)沉降曲線對(duì)比圖不同工法在相同里程的實(shí)測(cè)沉降曲線對(duì)比圖 K0+845實(shí)測(cè)沉降曲線實(shí)測(cè)沉降曲線 K0+850實(shí)測(cè)沉降曲線實(shí)測(cè)沉降曲線 K0+855實(shí)測(cè)沉降曲線實(shí)測(cè)沉降曲線 四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析碩士畢業(yè)答辯29 對(duì)于對(duì)于CD法產(chǎn)生沉降要小于三臺(tái)階法，由法產(chǎn)生沉降要小于三臺(tái)階法，由Peck公式的計(jì)公式的計(jì)算結(jié)果可以得到很好的解釋，根據(jù)地表沉降槽寬度計(jì)算公式算結(jié)果可以得到很好的解釋，根據(jù)地表沉降槽寬度計(jì)算公式可得：可得：0.80.816*()*5.857.522*5.85ZiRmR 將計(jì)算結(jié)果帶入將計(jì)算結(jié)果帶入Pe

15、ck公式公式 ，可得不同開(kāi)可得不同開(kāi)挖方法的單位地層損失如表：挖方法的單位地層損失如表：max2.5iViS四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析3/mm斷面里程斷面里程單位地層損失單位地層損失兩者比值兩者比值三臺(tái)階法三臺(tái)階法CDCD法法Y(Z)K0+8450.280.093.1Y(Z)K0+8500.260.112.4Y(Z)k0+8550.280.112.5碩士畢業(yè)答辯30三臺(tái)階開(kāi)挖模型網(wǎng)格圖三臺(tái)階開(kāi)挖模型網(wǎng)格圖 CD臺(tái)階開(kāi)挖模型網(wǎng)格圖臺(tái)階開(kāi)挖模型網(wǎng)格圖 圖圖4-8瀏陽(yáng)河隧道開(kāi)挖計(jì)算網(wǎng)格圖瀏陽(yáng)河隧道開(kāi)挖計(jì)算網(wǎng)格圖四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析四、瀏陽(yáng)

16、河隧道地表沉降處理與模擬分析碩士畢業(yè)答辯31 參數(shù)參數(shù) 材料材料密度密度體積體積模量模量粘聚粘聚力力泊松比泊松比內(nèi)摩內(nèi)摩擦角擦角kg/mkg/m3 3MPaMPaMPaMPa。強(qiáng)風(fēng)化礫巖強(qiáng)風(fēng)化礫巖22002080.0450.3230注漿加固區(qū)注漿加固區(qū)23006000.40.335初期支護(hù)初期支護(hù)250010500/0.25/臨時(shí)支撐臨時(shí)支撐7800105000/0.17/錨桿錨桿785045000/0.28/表表4-1 模型材料參數(shù)模型材料參數(shù)四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析碩士畢業(yè)答辯32圖圖4-9瀏陽(yáng)河隧道地表模擬沉降與實(shí)測(cè)沉降曲線對(duì)比圖瀏陽(yáng)河隧道

17、地表模擬沉降與實(shí)測(cè)沉降曲線對(duì)比圖 四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析四、瀏陽(yáng)河隧道地表沉降處理與模擬分析碩士畢業(yè)答辯33n 結(jié)論結(jié)論 （1）采用采用“臨空面節(jié)點(diǎn)力提取，并反向分級(jí)施加臨空面節(jié)點(diǎn)力提取，并反向分級(jí)施加”法，來(lái)模擬隧道開(kāi)挖不同施工階段的圍巖應(yīng)力釋放，使法，來(lái)模擬隧道開(kāi)挖不同施工階段的圍巖應(yīng)力釋放，使數(shù)值模擬計(jì)算更加接近實(shí)際工程情況。數(shù)值模擬計(jì)算更加接近實(shí)際工程情況。 （2）隨著圍巖應(yīng)力釋放率的增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力隨著圍巖應(yīng)力釋放率的增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力呈減小趨勢(shì)，且趨近于直線變化，地表沉降與圍巖應(yīng)力呈減小趨勢(shì)，且趨近于直線變化，地表沉降與圍巖應(yīng)力釋放率近似呈正比關(guān)系。釋放率近似呈

18、正比關(guān)系。五、結(jié)論與展望五、結(jié)論與展望碩士畢業(yè)答辯34 （3）開(kāi)挖土體分塊越多，支護(hù)受力越大，地表沉降越開(kāi)挖土體分塊越多，支護(hù)受力越大，地表沉降越??；其次，采用?。黄浯?，采用CD法和法和CRD法開(kāi)挖時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力在法開(kāi)挖時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力在先開(kāi)挖側(cè)較大，地表沉降卻在后挖側(cè)分布較大。先開(kāi)挖側(cè)較大，地表沉降卻在后挖側(cè)分布較大。 （4）驗(yàn)證了驗(yàn)證了Peck公式預(yù)測(cè)地表沉降的適用性；由計(jì)算公式預(yù)測(cè)地表沉降的適用性；由計(jì)算可知，在瀏陽(yáng)河隧道工程條件下，三臺(tái)階法和可知，在瀏陽(yáng)河隧道工程條件下，三臺(tái)階法和CD法施工法施工的單位地層損失比約在的單位地層損失比約在2.43.1之間。得到的地表模擬沉之間。得到的地表模擬沉降曲線能較好的反映實(shí)際沉降的分布態(tài)勢(shì)。降曲線能較好的反映實(shí)際沉降的分布態(tài)勢(shì)。五、結(jié)論與展望五、結(jié)論與展望碩士畢業(yè)答辯35n 展望展望 （1）由于）由于巖土體