水电站隧洞应力应变及支护的ABAQUS模拟分析

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围岩压力是洞室经过开挖后的应力重分布形成的应力,它是进行洞室支护设计时必不可少的参数。因此研究它有很强的工程现实意义。 本文系统介绍了估算围岩压力的各种基本方法(包括弹塑性理论方法、普氏理论、太沙基法、矿山法),并运用这些方法对洞室进行应力应变计算。有限元软件分析中,考虑了岩体的材料非线性,网格划分时采用了四结点的等参元。考虑塑性变形时,应用了德鲁克一普拉格(Drucker-Prager)屈服准则。求解时,运用了牛顿-拉普森法进行迭代求解。 另外,本文还针对洞室开挖衬砌后的位移变化,运用体积应变及剪胀性原理对其进行了解释说明。 最后,本文还针对实际工程(云南红河(元江)南沙水电站导流隧洞Ⅴ级围岩段),分别用普氏理论、太沙基法、矿山法理论进行了计算。并用有限元分析软件ABAQUS对洞室的围岩应力状态进行了数值模拟分析与研究,将其分析结果与规范规定及传统方法的简化公式求得的结果作了比较。计算时用改善的物理力学性质的围岩层对进行锚注支护的内圈围岩模拟处理。通过比较分析,破碎围岩经锚注支护处理后,围岩的应力分布状态会有较大改变。 对破碎围岩进行了不同支护工况的研究,这些工况分别为:①无支护条件下;②不同间距锚杆支护条件下;③洞壁注浆条件下;④衬砌条件下;⑤锚杆+注浆+衬砌条件下。 论文研究对指导隧洞等破碎围岩的加固也具有一定的借鉴意义。
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