公路隧道复合支护非线性有限元分析.pdfVIP

第 10卷第4期 现 代 交 通 技 术 V0I．10 No．4 2013年 8月 Modem TransportationTechnology 公路隧道复合支护非线性有限元分析 邓 彬 ，程 恒 (1．西安公路研究院，陕西 西安 710054；2．陕西高速机械化工程有限公司，陕西 西安710038) 摘 要：引入损伤因子对岩体弹模进行弱化处理，从能量守恒的角度 出发探讨 了支护受力状态与支护位移、结构刚 度以及岩体性质的关系。在此基~_hIfl数值方法进行了模拟，并验证了模拟结果与监测数据的一致性 ，表明此方法 可以有效地指导工程施工。 关键词：隧道工程 ；损伤因子；复合支护；有限元 中图分类号：U455 文献标识码 ：A 文章编号：1672—9889(2013)04—0044—04 NonlinearFiniteElementAnalysisofCompoundSupportofHighwayTunnel DengBing ，ChengHeng。 (1．XianHighwayResearchInstitute，Xina710054，China； 2．ShaanxiExpresswayMechanisationEngineeringCo．，LTD．，Xian710038，China) Abstract：Thispaperintroducesthedamagefactorforweakeningprocessingoftheelasticmodulusofrock，andtherelation— shipbetweensupportingforce，displacement，structuralstiffnessandthenatureof rockmassisdisscussedfrom theenergy conservationperspective．Basedonthistheory，simulationbynumericalmethodisdoneandtheconsistencyof simulationre— suhsandmonitoringdataisverified．Theresultsshow thatthismethodcaneffectivelyguidetheconsturction． Keywords：tunnelengineering；damagefactor；flexiblesuppo~；FEM 在岩石地层中开挖隧洞，伴随着作业面向前推 护阻力急增，围岩变形受到有力阻止。支护力学特 进，如何使岩体的初始状态尽可能不受过大扰动， 性曲线如图1所示。 使围岩处于相对稳定状态，是一个非常复杂的问 围岩 题。根据新奥法的原则，充分调动 围岩 自承能力， 使支护和衬砌共同作用，喷锚支护所受的形变压力 最小。在支护和衬砌共 同变形的过程 中，不同阶段 围岩的力学参数是动态变化的，但 目前在隧道开挖 过程模拟 中均没有考虑到这种变化，本文引人损伤 因子对开挖过程的围岩参数进行弱化处理。 1 锚喷支护机理 图 1 围岩支护结构及力学特性 曲线 对于柔性的支护结构，其承载变形分成 2个阶 “收敛一约束法”l清楚地描绘了隧道地层一衬 段。第 1阶段为柔性充填层的压缩变形，支护相对 砌复合体的物理性态，地层趋向中间变形而衬砌用 于充填层为刚性，因而使得整个支护结构在围岩变 离心力来抵制这种收敛，这就是地层的约束压力， 形初期主要为充填层的压缩变形，支护阻力较小。 即认为隧道支护体系是由支护结构和周围岩体结 第2阶段为厚壁筒支护 (大刚度)变形，由于充填层 构构成 的共同承载体系，且围岩是主要的承载 的压实，支护阻力逐步提高，直至达到一定值时，支