侯庄涵洞周围土体三维非线性有限元分析
我国是一个水资源总量比较丰富的国家，位列世界第六。但是人均水资源占有量仅占世界人均水资源占有量的25％。随着中国人口的增加、经济的发展和全球变暖的影响，我国的缺水状况不断加剧。为了减缓城市水资源紧缺的状况，长距离输水、引水，调水成为缺水城市获得水源补给的重要手段。 涵洞工程是重要的输水结构，在水利工程、公路工程应用广泛。现在对这种结构的研究大部分只针对涵洞本身的力学特性，对于洞身与周围土体的作用力及变形等研究较少。随着修建的涵洞埋深越来越大，分析涵洞与周围土体间的作用情况愈来愈重要。 侯庄分流涵洞具有高埋深的特点，存在较大的土压力。本文针对涵洞洞身与周围土体的作用情况，提出了高埋深涵洞洞身与周围土体三维非线性有限元分析研究的课题。 本课题选取侯庄分流涵洞为研究对象，根据相关力学理论知识，采用大型模拟软件ANSYS建立三维有限元模型，分别选取完建时期、运行时期、检修时期三种工况进行分析研究，利用三维有限元求解，得出相应结果;进而研究了钢筋混凝土箱涵与回填土、地下土的应力应变关系，分析了土体在不同工况下的变形和沉降量，给出了涵洞最大受力位置和土体最大沉降量，为工程后期维护提供了有效的参考，同时确定了不同工况下涵洞洞身与周围土体间的作用情况以及土体的变化情况，实现了高埋深涵洞在最大受力情况下的分析，给实际工程提供了有效的参考，也为将来的类似研究提供了一定的依据。 研究成果表明: 1、在完建时期，涵洞主要承受土压力，在周围土体的作用下，涵洞在Y向产生的应力和位移最大; 2、在运行时期，涵洞在承受土压力的同时，还承受一定的水压力，相较于完建时期，涵洞所受的拉应力略显提高，压应力有所降低，这是由于充水状态下水对洞身的浮托力所致; 3、在检修时期，涵洞处于部分充水部分无水状态，检修洞室所受压力最大，洞身顶角外侧与土体交界面处拉应力有连续贯通的趋势，此种工况最为不利。但仍满足工程相关规范的要求。
涵洞输水工程;周围土体;三维非线性有限元分析;数值模拟
中国海洋大学
硕士
水利工程
尹则高
2015
中文
TV672
75
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）