围岩的粘弹性性质对浅埋隧道变形和应力影响的研究

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本文主要分析围岩介质的粘弹性性质对浅埋隧道及围岩变形和应力的流变效应问题。文中在查阅大量相关文献的基础上,对各种粘弹性本构模型进行了分析;针对目前MSC.Marc有限元通用软件对模拟分析地下工程流变效应功能的局限性,利用MSC提供的各种扩展接口,采用Fortran语言自行编制了广义Kelvin模型的一维、二维和三维有限元子程序,并用于模拟计算浅埋隧道分步开挖及衬砌分步施工的各工况变形和应力。 本文主要包括以下几个方面的研究内容: 1.从描述粘弹性模型的基本元件性质入手,分析了线性粘弹性理论的力学特征,并结合地下结构工程实际,深入讨论了适用于模拟浅埋地下结构围岩流变效应的广义Kelvin粘弹性本构模型的力学特性。 2.针对现有MSC.Marc软件对模拟分析地下工程流变效应所缺少的一些功能和局限性,利用MSC提供的各种扩展接口,采用Fortran语言自行编制了广义Kelvin模型的一维、二维及三维有限元接口子程序,增加了MSC.Marc软件使用广义Kelvin粘弹性模型模拟岩土介质流变效应的功能。 3.把自行编制的广义Kelvin子程序与MSC.Marc计算软件相结合,对地质历程形成的初始地应力场、浅埋隧道分步开挖及衬砌分步施工的二维和三维的各工况变形和应力进行了模拟计算,给出了一系列的分析计算结果。 4.把隧道施工各工况的二维和三维的变形场和应力场的模拟计算结果与隧道弹性计算结果进行比较,深入分析了隧道施工过程变形场和应力场的流变效应及其力学特性。 通过本文的研究分析,总结出了一些对隧道设计和施工具有指导意义的新结果和新结论,更深刻地认识隧道流变力学特性。
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