立體交叉隧道系統(tǒng)力學(xué)耦合機(jī)制及其動(dòng)力學(xué)演化與控制研究.pdf

1、中山大學(xué)博士學(xué)位論文立體交叉隧道系統(tǒng)力學(xué)耦合機(jī)制及其動(dòng)力學(xué)演化與控制研究姓名：劉鎮(zhèn)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：工程力學(xué)指導(dǎo)教師：周翠英20100605中山大學(xué)博士學(xué)位論文論文的主要工作：1單孔隧道失穩(wěn)演化的非線性動(dòng)力學(xué)模型與判據(jù)。在總結(jié)國(guó)內(nèi)外在隧道／立體交叉隧道穩(wěn)定性研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，將隧道襯砌與圍巖視為一個(gè)整體，系統(tǒng)分析了隧道失穩(wěn)演化的非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程與規(guī)律，利用協(xié)同學(xué)、混沌動(dòng)力學(xué)與耗散結(jié)構(gòu)理論，分別從動(dòng)力學(xué)過(guò)程與不同演化狀態(tài)的能量耗散角

2、度入手，建立了單孔隧道失穩(wěn)演化的動(dòng)力學(xué)模型與能量耗散模型，前者解決開(kāi)挖失穩(wěn)整個(gè)過(guò)程中隧道穩(wěn)定性演化描述問(wèn)題，后者解決隧道演化臨界狀態(tài)描述問(wèn)題，二者既可根據(jù)隧道開(kāi)挖支護(hù)失穩(wěn)破壞過(guò)程不同階段分別使用，又可在全過(guò)程演化上聯(lián)合使用，互為補(bǔ)充和驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Brock數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，分析上述兩模型的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)類型，分別給出不同時(shí)間序列長(zhǎng)度下動(dòng)力學(xué)與能量演化程度判別準(zhǔn)則；結(jié)合區(qū)域關(guān)聯(lián)維的積分，推導(dǎo)了其動(dòng)力學(xué)判據(jù)與能量判據(jù)。為了驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型與能量

3、耗散模型在隧道穩(wěn)定性分析上的一致性，通過(guò)引入熱力學(xué)熵與K熵的關(guān)系，證明了能量耗散模型圍巖分區(qū)半徑與動(dòng)力學(xué)模型分區(qū)半徑的呈倍數(shù)關(guān)系：為了保持相應(yīng)于上述模型的兩種判據(jù)在使用上的完整性，將隧道失穩(wěn)演化過(guò)程分為混沌形成階段與耗散結(jié)構(gòu)形成階段，動(dòng)力學(xué)判據(jù)適用于前者；能量判據(jù)則適用于后者。2新舊立體交叉隧道系統(tǒng)力學(xué)耦合機(jī)制與規(guī)律。分析了立體交叉隧道的空間數(shù)學(xué)特征，提出了新舊立體交叉隧道系統(tǒng)耦合區(qū)域范圍及體積的計(jì)算方法，分析了其在穿越過(guò)程中與工后運(yùn)營(yíng)

4、中的不同力學(xué)特征，研究了新舊立體交叉隧道系統(tǒng)在施工穿越過(guò)程中和工后運(yùn)營(yíng)階段的力學(xué)耦合機(jī)制和規(guī)律。針對(duì)新舊立體交叉隧道系統(tǒng)在施工穿越過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)與位移場(chǎng)的耦合問(wèn)題，首先運(yùn)用隧道粘彈塑性理論，通過(guò)對(duì)掌子面影響范圍的力學(xué)等效，得到掌子面前方影響區(qū)域的求解方法及穿越過(guò)程中縱向應(yīng)力與位移解；再利用單孔隧道失穩(wěn)演化的非線性動(dòng)力學(xué)模型，得到其應(yīng)力與位移關(guān)系的橫向求解；將縱、橫斷面聯(lián)合求解，建立了隧道掘進(jìn)過(guò)程中三維動(dòng)力學(xué)與能量耗散模型；以該模型為基礎(chǔ)，