第3章ANSYS隧道工程應用實例分析
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3.1.1 隧道工程設計模型
為達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結構，稱之為“襯砌”。隧道工程建筑物是埋于地層中的結構物，它的受力和變形與圍巖密切相關，支護結構與圍巖作為一個統(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)的各種力學現(xiàn)象和過程，是地下工程長期處于“經(jīng)驗設計”和“經(jīng)驗施工”的局面。這種局面與迅速發(fā)展的地下工程現(xiàn)實極不相稱，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。
地下工程的設計理論和方法經(jīng)歷了一個相當長的發(fā)展過程。在20世紀20年代以前，地下工程支護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行施工。此時，只是將襯砌作為受力結構，圍巖是看作載荷作用在襯砌結構上，這種設計理論過于保守，設計出的襯砌厚度偏大。20世紀50年代以來，巖石力學開始成為一門獨立的學科，圍巖彈性、彈塑性和粘彈性解答逐步出現(xiàn)。土力學的發(fā)展促使松散地層圍巖穩(wěn)定和圍巖壓力理論的發(fā)展，而巖石力學的發(fā)展則促使圍巖壓力和地下工程支護結構理論的進一步的飛躍。同時，錨桿和噴射混凝土的作為初期支護得到廣泛應用。這種柔性支護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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