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浙江工业大学建筑工程学院硕士研究生学位论文开题报告
研究内容简介
1）有限元法的实现过程
有限元法是把连续体结构离散，近似地用有限个离散体（单 元）代替连续结构。然后，将荷载、约束等边界条件简化或等效， 利用应变位移关系，将平衡方程转化为线性方程组求解。有限元 法计算可概括如下六个步骤。
4.研究技术路线
论文进度安排
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选题的背景和意义
近年来，随着城市化进程的加快，城市的规模越来越大， 城市对水的需求量越来越多。然而我国水资源相对贫乏且分布 很不均衡，有些城市的水资源不能满足用水的需求，为了解决 这一问题，需要进行跨流域调水，而我国大部分地区的引水隧 洞要穿越山岭重丘区，这些地区地形跌宕起伏，褶皱断层及围 岩裂隙水极为发育，破碎地层、软弱围岩较为常见。有效地控 制引水隧洞围岩过大的变形、及时地对隧道围岩及其支护结构 的稳定性做出准确地评价，是经济合理地进行围岩支护加固设 计、快速安全施工以及引水隧洞安全运营必不可少的条件。
?k?e 为单元刚度矩阵?F。?e ?k 与?e 分别为
?F?e ? ???B?T ?? ?d xdz
(1-8)
?k?e ? ???B?T?D??B?d xdz
(1-9)
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研究内容简介
e）建立整体平衡方程
集合所有单元的刚度矩阵，的结构整体刚度矩阵 [K]；同时，集合作用
利用物理方程和式（1-3）可导出单元应力的关系式，即物理方程
Hale Waihona Puke ?? ? ? ?D??B????e
(1-5)
式中： ﹛σ﹜为单元内任意点的应力列阵； [D]为与单元材料有关
的弹性矩阵或弹塑性矩阵。对平面应变弹性问题，有
?D? ?
E?1 ? ? ? ?1 ? ? ??1 ? 2? ?
(1-6)
式中：E为弹性模量；v为泊松比。
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研究内容简介
3）拟建三维地质模型
模型原点设在3号支洞与主隧道交叉处的底板中心，沿随道 开挖掘进方向（即里程增大方向）的水平投影为 Y轴正向，竖 直向上为Z轴正向，垂直 Y轴正向水平向右为 X轴正向。纵向长 度取100m（-50m≤Y≤50m)，为消除边界条件的影响，左右 边界取至隧道断面外侧 5倍洞宽处（ -22m≤X≤22m)，向下取 至隧道底部以下 5倍洞高处（Z≥-25m）。采用MIDAS内置的 植入式桁架模拟系统锚杆与锁脚描杆，板单元模拟喷混层与底 板，梁单元模拟钢拱架。材料参数与地质参数依据工程资料与 相关规范确定。
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研究内容简介
数值化模拟
岩土分析与一般的结构分析有较大、差异。一般的结构分析注重荷载 的不确定性，所以在分析时会加载各种荷载，然后对分析结果进行各种组 合，最后取各组合中最不利的结果进行设计。而 Midas/GTS是一款岩土 专业分析与设计软件，拥有全面的岩土领域分析功能，既提供二维的也提 供三维的岩土分析功能。其功能多样，如前处理能力高效，中文界面、 CAD 风格几何建模、丰富多样网格划分、内置各种建模助手（隧道、锚 杆、施工阶段等建模助手）、专业的单元库和本构模型、 15种本构模型 和用户自定义本构模型以及完美的后处理：组合包络结果；等值线、矢量、 剖断面输出云图；动画、表格、计算书等。
古典设计理论基于简单的假设，没有考虑围岩自身的承 载力，其结果一般偏向于保守 ,支护厚度偏大较多，由于当 时随道工程的埋深并不大，其计算结果得到了人们的认可。
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研究现状与发展趋势
发展
第二阶段是荷载结构理论或散体压力理论阶段。其认为隧 道埋深较大时，作用在支护结构上的压力，不是全部的上覆岩 层的重力，而只是围岩坍落拱范围内松动岩体的重力，在确定 了塌落荷载后，通过假定抗力的形式考虑围岩与结构的相互作 用，采用荷载—结构法计算结构内力。
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选题的背景和意义
合理的支护方案与参数对这些新兴施工技术的实现有着至 关重要的作用。那么隧道围岩—支护结构稳定性分析就成了隧 道施工中一项极为重要的研究内容。在新兴技术隧道施工过程 中，如果选用的支护结构强度不够或者支护的时机不恰当，都 将影响到隧道洞室的稳定性，造成安全事故，而如果支护结构 强度富余量太多，则会使隧道造价过高，不符合隧洞的经济性。 为了保证隧道在施工及建成运营中的安全性与经济性，有必要 结合监控量测对隧道支护体系进行研究，从而对隧道支护的设 计与施工提出合理化的建议，这在学术研究和实际应用中都有 它的意义。
Company Logo 用到隧道工程中。
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研究内容简介
工程背景
日照市沭水东调工程师从莒县境内沭河流域的三座大中型水库：青 峰岭水库、小仕阳水库和峤山水库取水，经莒县庄科拦河坝调蓄后， 自坝上左岸取水经输水管道及隧洞调水至日照水库上游，通过日照水 库为城市工业特别是临海大工业项目以及城市居民生活用水补充水源 ，与其他水资源调配工程一起，构建日照市现代水网建设体系，共同 解决日照市区水资源短缺问题，实现这一地区水资源的合理配置。日 照市沭水东调工程建设内容包括新建引水闸、 DN3.5m 输水管道 3.913km、输水隧洞 18.368km。沭水东调隧洞起点桩号 3+900，位 于店子集镇工业园东北、何家庄村北；终点位于三庄镇西北，设计桩 号22+368、省道335北的三庄河东岸，隧道全长18.368km。
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研究内容简介
d）建立单元上的节点力和节点位移之间的关系 利用虚功原理，单元节点力和节点位移之间的位移关系式可表示为
?F?e ? ?k?e???e
(1-7)
式中： ?F ?e 为单元等效节点力列阵，对于任意单元的i，j，m每个
F F F F F F F 节点都存在x方向和z方向的两个分力，因此，? ?e ? ? xi, zi, xj, zj, xm, zm?
研究现状与发展趋势
现状
第三阶段是现代支护理论或共同作用理论，认为隧道开挖后因 收敛变形而释放的围岩压力将由支护结构与围岩共同承受。支护结
构一方面向围岩提供支护阻力，将围岩应力调整到新的平衡；另一
方面因阻止了围岩变形而受到围岩的反作用力。这种反作用力不同
于围岩松动压力，它是支护结构与围岩共同变形的过程中对支护结
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深埋小断面引水隧洞施工中围岩与 支护结构稳定性研究
导 师： 报告人： 学 号： 专 业： 方 向：
xxx 老师 xxx
xxxxxx 土木工程 桥梁与隧道
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选题背景和意义
报
研究现状与发展趋势
告
内
研究内容简介
1.工程背景
容
2.数值化模拟 3.本文主要研究内容
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N
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m
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?? ? z ? x ? z ? x ? m ? x ??
（1-4）
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研究内容简介
Nm(x,z)?xm Nm(x,z)?zm
（1-2）
c）建立单元应力和节点位移之间的关系
利用几何方程和式（ 1-1）导出用节点位移表示单元应变的关系式，
即几何方程
??? ? ?B????e
（1-3）
式中：??? ? ??x,?z,?xz?T ，为x，z平面单元内任意点的应变列阵；[B]为
应变列阵，
? ? ?
构施加的压力，称为变形压力。
基于共同作用理论与连续介质力学，国内外学者采用解析法和
数值模拟法对隧道工程进行计算。解析计算非常困难，仅对圆形衬
砌有较多的研究 ,得到了一些弹性、弹塑性、粘弹性解。而随着计算
机技术的推广和岩土本构关系研究的进步，有限元边界元、离散元
及有限差分法等数值解法迅速发展，使得连续介质力学越来越多应
0
0
Ni
Nj
0
0
Nj
Nm
0
0?
N
m
? ?
是节点坐标的函数，对3节
点三角形三元可以假定线性模式。
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研究内容简介
因此，式（1-1）：?????zx((xx,,zz))
? ?
Ni(x,z)?xi ? Ni(x,z)?zi ?
Nj(x,z)?xj ? Nj(x,z)?zj ?
于各单元的等效节点列阵 [R]，形成总体荷载列阵 ，从而，整个结构平衡
方程为
?K????? ?R?
(1-10)
f）求解未知节点位移和单元应力 考虑一定的边界条件，求解式（ 1-10）得到所有未知节点位移。最后 利用式（1-3）和式（1-5）和已求出的节点位移计算各单元的应变和应力 。
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