规则节理岩体圆形隧道松动区DDA分析的知识.pdfVIP

规则节理岩体圆形隧道松动区DDA 分析 1 1 2 孙金山 ，卢文波 ，郭鸿俊 1 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 (430072) 2 长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，武汉 (430010) E-mail：sun99001@163.com 摘 要：运用2维非连续变形法(DDA)分析了规则节理岩体中圆形隧道潜在松动区的影响因 素。分别考察了节理倾角、抗剪强度、间距、埋深及地应力侧压力系数对围岩松动区范围的 影响。计算结果表明，两组节理的夹角逐渐增大时围岩中的潜在松动区范围逐渐变大，但当 夹角增大至一定角度时其范围则会逐步缩小；节理尺寸效应应同时节理间距以及切割块体形 式的影响；节理摩擦角和粘聚力的提高都会缩小松动区的范围，且摩擦角敏感度更高；节理 抗剪强度较低、夹角相对较大时埋深对松动区的影响相对较大。 关键词：节理岩体，圆形隧道，松动区，非连续变形分析法（DDA ） 中图分类号：TU 452 1. 引言 近年来由于交通和能源等工程建设的需要，地下岩体工程得到迅速发展，常常面临节理 岩体圆形隧道松动区的稳定性问题。节理岩体隧道的稳定性受许多因素的影响，如隧道的施 工过程等，而岩体的性质往往是最主要的影响因素。目前绝大多数的隧道设计方法都依赖于 对隧道围岩的准确的描述和岩石物理力学参数的精确测量。对于非连续或节理岩体而言，围 岩的性质主要由完整岩体的性质和不连续面或节理的性质决定[1] 。因此对于埋深不是很大， 岩石坚硬的节理岩体隧道而言，其稳定性往往取决于节理的方向、间距、以及抗剪强度等。 而对于节理组数较多，间距相对较大的情况，目前多将节理化岩体视为连续介质，采用等效 本构模型和强度准则对其进行分析。然而等效连续介质方法难以应用于节理组数较少，密度 相对较小的情况[2] 。基于节理岩体的非连续非线性的特点，本文采用非连续变形方法（DDA ） 分析了节理倾向，间距，抗剪强度，以及地应力水平对未扰动圆形隧道的松动区影响进行了 分析。 2. 非连续变形分析方法 非连续变形分析方法（DDA ）是解决不连续介质问题的数值模拟方法，由石根华博士 提出[2]，运用DDA 理论可把节理岩体视为由离散岩块和岩块间节理面的组合，从而可以较 真实地模拟岩体中的不连续面。节理面的张开和滑动服从莫尔库仑准则和最大拉应力准则， τ σ φ ⎧ tan +c ⎨ σ σ ⎩ T T max （1） 其中：τ为接触面上剪应力水平，σ为接触面上法向应力，φ界面摩擦角，c 为内聚力， σ 为节理面上法向拉应力，σ 为节理面的抗拉强度。 T T max [3][4] 在 DDA 分析中，不能采用在开挖边界上直接加反向载荷的办法来模拟开挖问题 。 因此在DDA 模型中，可将各块体单元初始应力反方向的办法模拟岩体的开挖，即假定岩体 σ 中的初始应力为 0 ，将计算区域应力−σ 作为外力，计算在外力−σ 作用且岩体开挖面 0 0 为自由边界条件下的岩体变形和应力增量∆σ ，则岩体应力为：σ σ +∆σ 。计算过程 0 中当节理面张开或滑动时即认为该部位为潜在松动区。