第3章ANSYS隧道工程應(yīng)用實(shí)例分析
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3.1.1 隧道工程設(shè)計(jì)模型
為達(dá)到各種不同的使用目的,在山體或地面下修建的建筑物,統(tǒng)稱為“地下工程”。在地下工程中,用以保持地下空間作為運(yùn)輸孔道,稱之為“隧道”。由于地層開挖后容易變形、塌落或是有水涌入,所以在除了在極為穩(wěn)固地層中且沒有地下水的地方以外,大都要在坑道的周圍修建支護(hù)結(jié)構(gòu),稱之為“襯砌”。隧道工程建筑物是埋于地層中的結(jié)構(gòu)物,它的受力和變形與圍巖密切相關(guān),支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的受力體系相互約束,共同作用。隧道工程所處的環(huán)境條件與地面工程是全然不同的,但長期以來都沿用適應(yīng)地面的工程理論和方法來解決地下工程中所遇到的各類問題,因而常常不能正確地闡明地下工程中出現(xiàn)的各種力學(xué)現(xiàn)象和過程,是地下工程長期處于“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”和“經(jīng)驗(yàn)施工”的局面。這種局面與迅速發(fā)展的地下工程現(xiàn)實(shí)極不相稱,促使人們努力尋找新的理論和方法來解決地下工程遇到的各種問題。
地下工程的設(shè)計(jì)理論和方法經(jīng)歷了一個(gè)相當(dāng)長的發(fā)展過程。在20世紀(jì)20年代以前,地下工程支護(hù)理論主要有古典的壓力理論和散體壓力理論,以磚、石頭材料作為襯砌,采用木支撐或竹支撐的分部開挖方法進(jìn)行施工。此時(shí),只是將襯砌作為受力結(jié)構(gòu),圍巖是看作載荷作用在襯砌結(jié)構(gòu)上,這種設(shè)計(jì)理論過于保守,設(shè)計(jì)出的襯砌厚度偏大。20世紀(jì)50年代以來,巖石力學(xué)開始成為一門獨(dú)立的學(xué)科,圍巖彈性、彈塑性和粘彈性解答逐步出現(xiàn)。土力學(xué)的發(fā)展促使松散地層圍巖穩(wěn)定和圍巖壓力理論的發(fā)展,而巖石力學(xué)的發(fā)展則促使圍巖壓力和地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的進(jìn)一步的飛躍。同時(shí),錨桿和噴射混凝土的作為初期支護(hù)得到廣泛應(yīng)用。這種柔性支護(hù)允許開挖后的圍巖有一定的變形,使圍巖能夠發(fā)揮其穩(wěn)定性,從而可以大大地減小襯砌厚度。
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