强度折减法在评价铁路隧道围岩稳定性问题中应用探析.docVIP

强度折减法在评价铁路隧道围岩稳定性问题中应用探析 　　摘 要 强度折减法通过对岩土体强度参数进行不断折减，最终使岩土体处于极限状态，并求得稳定安全系数。强度折减法首先在边坡稳定分析中得到了广泛应用。近年来，强度折减法在隧道工程中也逐渐被引入应用研究。通过建立数值计算模型，通过分析不同级别围岩在不同强度折减系数条件下铁路隧道掌子面拱顶沉降和水平位移变化得到其稳定性安全系数，对采用强度折减法进行铁路隧道围岩稳定性评价的应用进行了探讨，可为以后进行铁路隧道围岩稳定性评价提供了新思路，新方法 关键词 铁路隧道 强度折减法 围岩稳定性 安全系数 Abstract Strength reduction method is a way in which strength parameters of rock and soil are reduced continuously and make rock and soil reach the ultimate limit state and get the safety factor of stability. Strength reduction method is widely used in slope stability analysis. In recent years， the strength reduction method has also been applied in some tunnel engineering. Analyze the change of vault settlement， extrusion deformation， and horizontal displacement of railway tunnel face in surrounding rock of different level and different strength reduction factor， discuss the application of strength reduction method in assessment of stability problem in railway tunnel by numerical model. It gives a new idea and a new way to estimate the stability of railway tunnel in the future. Keywords railway tunnel； strength reduction method； stability of the surrounding rock； safety factor 0 引言 一直以?恚?隧道围岩的稳定性一直是工程界研究的重点之一。一方面，隧道等地下工程处在围岩中，而围岩又异常复杂。地应力、地质结构，围岩的力学性质、地下水等因素均会对隧道的稳定性产生影响，有时甚至是决定性影响；另一方面，设计施工中的工程因素如开挖断面形状、开挖工序、施工方法等也会对隧道稳定性造成影响。这就给隧道围岩稳定性判别带来困难。① 目前关于隧道围岩稳定性的研究方法主要有极限分析法、数值模拟和现场监测、强度折减法等。②③④⑤ 强度折减法通过对岩土体强度参数进行不断折减，最终使岩土体处于极限状态，并求得稳定安全系数。强度折减法首先在边坡稳定分析中得到了广泛应用。近年来，强度折减法在隧道工程中也逐渐被引入实际应用研究。⑥ 本文通过数值计算模型，依据《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）相关内容，对采用强度折减法进行铁路隧道围岩稳定性评价的应用进行探讨，为以后进行铁路隧道围岩稳定性评价提供了新思路，新方法 1 计算模型 1.1 几何模型 有限差分计算模型如图1所示。隧道断面尺寸以时速160km/h铁路隧道断面为例，开挖跨度13m。模型上部边界为自由面，侧面边界施加垂直于边界方向的位移约束，底部边界施加三向位移约束。隧道开挖考虑土层的自重荷载。对于深埋情况，在模型上边界加以均布面力来模拟深埋情况（本次计算深埋取埋深100m） 1.2 本构模型及强度折减法 （1）以特征点处的位移（如边坡工程采用坡顶点竖直方向的位移及坡脚点水平方向的位移） 是否突变作为失稳判据； （2）以广义塑性应变或者等效塑性应变（如边坡工程采用从坡脚到坡顶贯通）作为破坏的标志； （3）以有限元计算不收敛作为判据 本次计算取第一种，即以特征点处的位移是否突变作为失稳判据 1.3 计算参数 计算模型围岩级别取Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三种围岩级别。计算参数根据《铁路隧道设计规范》（TB10003