软岩深埋隧洞流变数值模拟.pdfVIP

第34卷 第33期 山 西 建 筑 V0l_34No．33 Nov． 2008 · 310 · 2008年 11月 SHANXI ARCHITE 兀瓜E 文章编号：1009—6825(2008)33．0310—02 软岩深埋隧洞流变数值模拟 李 林 任光明 熊靖辉 摘 要：指出时效性(蠕变)是软弱围岩一个重要的特性，常常决定着工程结构的稳定性，采用大型数值分析软件FLAC3。 对软岩深埋隧洞进行流变数值分析，并对其模拟结果进行了研究分析，以期对隧道工程的设计、施工具有一定的参考价值。 关键词：软岩隧洞，蠕变，FLAC3。，流变数值分析 中图分类号：Tv672．1 文献标识码：A 1 工程概况 3 计算结果分析 大量的现场量测和室内实验表明，对于软弱岩石以及含有泥 1)应力状况。 质充填物和夹层破碎带的岩体，其流变属性都是非常显著的L2J。 对深埋隧洞围岩进行三维流变数值分析后，计算的最大主应 在软弱围岩中，由于围岩的蠕变 ，其变形和强度将随时间的推移 力、最小主应力如图2～图4所示。 而发生较大的变化。拟开挖的某水电站引水隧洞区域内出露的 地层主要为志留系茂县群 (Smx)的绢云英千枚岩夹泥质板岩、变 质石英砂岩及透镜状结晶灰岩。志留系茂县群在国内为著名的 易滑、软弱岩层，整个隧洞围岩岩性以千枚岩为主夹少量的结晶 灰岩、砂岩、板岩，隧洞围岩总体为软岩类，经过室内实验研究可 知 ，千枚软岩具有很强的流变性，根据新奥法支护理论可知，千枚 围岩区的洞室开挖后的初期支护与二次支护必须考虑流变效应 ， 特别是作为承重结构的二次支护。 2 计算模型及参数的选取 本次计算选用美国ITA~A公司的FLAC30软件 ，FLAC30是 用于分析和解决工程力学问题的三维显式有限差分法程序，可以 图2 围岩最大主应力云图(垂直洞向) 有效地模拟岩体及其他材料的力学行为，蠕变分析为FLAC3D的 一 个可选模块，这个可选模块可以用来模拟呈现蠕变性质的材料 特性 ，即时间相关的材料特性。流变模型和 FLAC30其他模型最 大的不同在于模拟过程中时间概念的不同，对于蠕变，求解时间和 1 l l 9 8 7 6 5 4 3 时间步代表着真实的时间，而一般模型的静力分析中，时间步是一 瑚啪 咖 咖 咖Ⅲ 咖 咖咖 瞻瞻瞻舱舱瞻瞻 瞻瞻眶瞻瞻 个人为数量，仅仅作为计算从迭代到稳态的一种手段来使用。 + + + + + + + + + + 本次计算模型为该水电站引水隧洞，隧洞围岩为Ⅳ级，开挖半 晰晰嘶晰 嘶晰 径为6m，埋深为302．8m，属于深埋隧洞_3j，围岩容重为27．5kg／m3， 计算的模型选用3个方向的边长均为150m，具体的计算模型见图1。 图3 围岩最小主应力云图(垂直洞向) 深埋隧洞应力状况受到岩体的自重应力场和构造应力场共 同作用。沿洞轴线方向主应力随深度变化并不明显，最大主应力 在洞周小范围内的应力值都在 3．5SPa左右；在垂直洞轴线上， 图1