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[硕士论文] 王佳旗
水利水电工程 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国水利、交通、市政等基础设施建设日新月异地发展,隧洞工程已广为应用。关于隧洞衬砌结构设计计算的理论发展,至今已有近两百年历史,其中基于结构力学的数值解法——边值法,已在工程设计中得到了普遍采用。边值法不需假定围岩弹性抗力分布,而是以衬砌的径向位移来判断弹性抗力大小,相比其他解析方法更接近工程实际。所以本文基于边值法原理,以MATLAB软件为平台,开发了交互式可视化分析图形用户界面(GUI),可计算各种断面形式的隧洞(盾构法和钻爆法)衬砌结构内力和变形,并与现有以边值法为计算原理的商业软件及其他学者的计算方法进行了对比,验证了本文方法及程序的正确性。
  本文的主要内容和成果如下:
  (1)介绍边值法的原理,开发了计算水工圆形、马蹄形、城门洞形隧洞衬砌结构的GUI,并以具体算例验证了本文GUI的正确性。
  (2)边值法的缺点之一是假定衬砌为不透水结构,用其计算高压隧洞衬砌内力结果往往偏大。在高内水压作用下,水荷载的体力理论认为混凝土衬砌一般会开裂并与围岩脱开,内水压力以渗透压力的形式作用在衬砌和围岩上,而围岩承载了大部分的内水压力。本文将体力理论与边值法相结合,开发了计算圆形水工高压隧洞衬砌结构的GUI,并进行了实例计算。
  (3)以往边值法只用于计算连续均质的整体式衬砌结构,鉴于国内尚未有文献采用边值法计算由管片和接头组成的组合衬砌结构的内力和变形,本文原创性地提出了两种接头连接处理方法,实现了基于边值法进行盾构隧洞管片衬砌的结构计算,并开发了相应的GUI。
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