海底隧道开挖非线性流固耦合分析
随着我们经济的发展和跨海快速交通的需要，将有大批的跨江跨海通道投入建设，水下隧道，特别是海底隧道的建设更是备受关注。但跨海隧道深处海底，通常具有地质勘探困难、单口连续掘进距离较长、衬砌结构受长期的动静水压力作用、防排水难度大、围岩成拱作用较低、不良地质体段易发生涌水事故等特点，因此在海底隧道衬砌结构的设计和分析计算方面，将具有与一般隧道不尽相同的关键技术问题，函待在设计中着重反映。目前经过国内外学者的努力已经给出了深埋海底隧道的位移场、应力场的经典解，但对于浅埋、超浅埋海底隧道的尚有不足。通过论文研究以我国目前蓬勃发展的海底隧道为背景，以海底隧道地层沉降机理为研究重点，综合采用理论解析、数值模拟为主要研究手段，主要开展以下工作: 1.根据达西定律、质量守恒方程系统的推导了隧道开挖之后，在隧道洞周总水头相等、隧道洞周水压相等、洞周等水头条件下加注浆圈的三神情况下，隧道围岩的渗流场的分布解析解。对本文的解析解和经典M.E1.Tani(2003)解进行了对比验证。同时研究了水深覆土比、覆跨比和注浆圈效果及厚度对隧道单位长度涌水量的影响分析。 2.根据第二章的海底隧道开挖，围岩渗流场分布理论的基础上，推导出围岩应力场和位移场的解析解。 3.根据海底隧道开挖围岩受力状态，以及隧道开挖卸载导致围岩力学性质随着受力状态改变而不断变化的非线性特性，进行劣化本构模型开发，并通过FLAC3D二次本构模型开发进行实现。 4.海底隧道开挖过程非线性流固耦合理论进行阐述，并对实现了对浅埋海底隧道开挖过程中非线性流固耦合分析。进而设置了Mohr-Coulomb本构和劣化本构模型进行对比，证明了劣化本构模型更符合实际工程的隧道开挖的非线性流固耦合计算。利用劣化本构模型对浅埋海底隧道基岩变形机理进行了研究。
海底隧道;隧道开挖;非线性流固耦合;地层沉降;围岩力学性质;劣化本构模型
北京交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
张顶立
2013
中文
U455.49;U451.2
107
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）