基于極限分析有限元法的隧道穩(wěn)定性研究.pdf

1、穩(wěn)定性問(wèn)題的研究對(duì)于隧道設(shè)計(jì)、施工以及理論研究均有重要的指導(dǎo)意義。目前，采用傳統(tǒng)的滑移線法、極限平衡法和極限分析法研究該課題時(shí)存在諸多困難，如難以有效考慮復(fù)雜的幾何邊界、荷載以及非均質(zhì)材料等問(wèn)題。而常用的有限元數(shù)值方法在研究隧道穩(wěn)定性問(wèn)題時(shí)，需要進(jìn)行大量的迭代計(jì)算，極為耗時(shí)且不易收斂。相比而言，極限分析有限元法是解決上述問(wèn)題的有效途徑。其實(shí)質(zhì)是采用數(shù)值分析方法求解極限問(wèn)題，可考慮不同的力學(xué)參數(shù)與復(fù)雜工況，并避開(kāi)了復(fù)雜的應(yīng)力-應(yīng)變?cè)隽康?/p>

2、過(guò)程，直接針對(duì)最終的極限狀態(tài)進(jìn)行處理，無(wú)需假定破壞模式即可進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)搜索出連續(xù)體破壞時(shí)的極限荷載及速度場(chǎng)或應(yīng)力場(chǎng)，具有計(jì)算穩(wěn)定、高效、易收斂等特點(diǎn)。為此，本文采用極限分析有限元法，對(duì)不同參數(shù)條件下隧道穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行深入探討，具體研究工作如下：
　　(1)從介紹塑性極限理論的基本原理開(kāi)始，對(duì)極限分析有限元法數(shù)值方法的基本內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，涉及單元離散化、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的建立及其優(yōu)化求解、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)過(guò)程等內(nèi)容。

3、r>　　(2)基于某些合理的計(jì)算假定，建立一個(gè)可考慮多種因素影響的計(jì)算模型；針對(duì)不同參數(shù)條件下的隧道穩(wěn)定性問(wèn)題，利用極限分析有限元法進(jìn)行計(jì)算分析，得到穩(wěn)定系數(shù)的相關(guān)計(jì)算圖表和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，并探討方形隧道的穩(wěn)定性影響因素和破壞模式的形態(tài)特征及其演變規(guī)律，為實(shí)際工程提供參考。
　　(3)參照 Terzaghi地基承載力計(jì)算公式，對(duì)關(guān)于黏聚力、超載和重力的支護(hù)反力分項(xiàng)系數(shù) N'c、N's、N'γ分別進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，整理形成相應(yīng)的計(jì)算圖表，