地下非圆形洞室封闭整体式支护的围岩力学分析-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 A Dissertation Submitted for the Degree of Master Surrounding rock mechanical analysis of underground non-circular opening with full support By Xia Wenyan Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China April, 2014 致谢 致 谢 本论文是 在导师 李昊 副教授的 悉心指 导下 完成的。 李昊老师 作为一 名优 秀的教师 ，具 有 渊博 的专业知 识和丰 富的 实践经验 ， 在整个论 文写作 过程 中，对 我进行 了耐 心 的指导和 帮助 ，提 出 严格要求 ，引 导我不断 开阔思 路 ，为我答疑 解惑 ，鼓 励 我大胆创 新，使我 在 这一段宝 贵的 时光中，既增长 了知 识、开阔 了视野 、锻 炼了心态 ，又培 养了 良好的科 研精 神。导师 的谆谆 教诲 和实事求 是的科 学态 度，使我 受益终 身。谨此 ，对 尊敬 的导师李 昊副教 授致 以崇高的 敬意和 衷心 的感谢！ 此外，衷心感 谢学院 各位老师 在日常 生活 和学习中 的诸多 关心 ，感谢 房 世海、胡文锋 等同学 在论文写 作和修 改上 面提出的 宝贵意 见和 建议。感谢所 有多年以 来对作 者学 习和生活 上给予 支持 和帮助 的 朋友、 舍友 和同学。 最后，感 谢父母 及家 人对我学 习和生 活上 的支持与 鼓励！ 作者：夏文艳 2014 年 4 月 I 摘要 摘 要 为了实现地下有效空间的利用与开发, 人们常常需要在岩体中开挖大量的、 各种各样断面形状和尺寸的地下洞室。洞室的开挖会破坏岩体的初始平衡状态， 影响围岩洞室的安全与稳定。对于不 含支护 的 洞室问 题或断 面形 状为圆形 的 洞 室 支 护 问 题 ， 在 一 些 文 献 中 已 给 出 了 相 应 的 解 析 解 ， 相关理论已较为成熟。 而对于具 有非圆 形复 杂断面的 洞室支 护问 题，则 多采用 试验测 试或有限 元数 值分析的 方法， 对其 理论求解 的报道 比较 少见。 本文基于复 变函 数方 法，将 洞室围 岩的 力 学分析 问题划 归为 无 限 大体中 的孔口问 题。利用保 角变换将 较复杂 的支 护横断面 变换 为 边界 形状较简 单的 圆环区域 。在 变换 过 程中时 ，采用 最优 化 方法来寻 找合适 的映 射函数 ，使其 较好地满 足支护 内 、外边界的 重合条 件 。在此基础 上，推导 了 围岩和支 护中 应力和应变的级 数解 ，并利 用有限 元软件 对所求结 果进行 了对 比验证 。最后 分析探讨 了地下 洞室 在不同围 岩等级 、洞 室埋深和 侧压力 系数 的 条件下 应力 和应变的 变化情 况和 规律。 关键词：非圆形洞室；封闭整 体式支 护 ； 复变函数 ；保角 映射 ；优化方 法； 级数解 II A ABSTRACT In order to achieve effective utilization and development of underground space, people often need excavate underground opening with different cross-sectional shapes and sizes in rock mass. The excavation will destroy the initial equilibrium state of the rock mass, which will affect the security and stability of rock caverns. For the opening without support or circular opening with support, some literature has given the corresponding analytica l solution, and the related theory has been relatively mature. However, for the non-circular opening with support, most articles adopt the method of experimental test or the finite element numerical analysis, but the theoretical solution s are relatively rare. I