交岔隧道稳定性的有限元分析.pdfVIP

第41卷 第6期 人 民 长 江 V0l_41．No．6 2010年 3月 Yangtze River Mar．， 2010 文章编号：1001—4179(2010)06—0025—03 交岔隧道稳定性的有限元分析 漆 文 邦 ，刘 智 勇2，费 文 平 (1．四川大学 水利水电学院，四川 成都 610065； 2．中国水电顾 问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072) 摘要 ：以深溪沟水电站改线公路交岔隧道为例，研究了复杂隧洞结构的稳定性分析和设计优化。介绍了非线 性有限元对复杂隧洞结构模拟时的关键技术，包括地应力的回归、衬砌支护的模拟和锚杆支护作用的模拟等。 分析 了有限元的计算结果，为工程的安全性做了评估，对初步设计提 出了修改意见，从而为工程设计提供 了理 论依据 。 关 键 词：有限元；非线性；复杂隧洞；深溪沟水电站 中图法分类号 ：TV554 文献标志码：A 深溪沟水电站位于四川省西部大渡河中游汉源县 有限元计算网格图，单元数为 141261个，结点数为30 和甘洛县接壤处，地处成 昆铁路长河坝车站上游约1．0 318个。计算时，将模型的4个侧面和底部均采用法 km峡谷中，坝址距上游汉源县城和下游乐山市金 口河 向约束，坡面 自由。 区分别约42km和 22km，左岸有成昆铁路和 $306线 金 (口河)一乌 (斯河)公路相通，交通较方便。该改线 公路交岔隧洞段 围岩岩性为震旦系上统灯影组 (Zbdn)灰、灰白色微一粉晶中厚层一厚层 白云岩或 白 云质灰岩，岩体较完整、微风化一新鲜，地下水不发育， 仅局部顶拱渗滴水，裂隙较发育。 本文对深溪沟水电站的交岔隧洞进行了非线性有 限元分析，计算了围岩应力状态和变形量，开挖断面不 同扁平率对大断面隧道支护结构的影响，提出建议的 图 1 交岔 隧洞的三维有限兀模型 设计断面参数 ¨I2J。对比了没有支护作用和有支护作 1．2 屈服准则 用下的围岩稳定性，对支护参数提出了修改建议。 在此工程计算中，屈服性按 Drucker—Prager准则 判别 -5]： 计算模型、参数和原理 F=od1+~／ 一k (1) 1．1 计算范围和模型 式中，，。和 分别为应力张量的第一不变量和应力偏 计算坐标系取在主洞地面，向支洞方向为 轴正 张量的第二不变量；Ol，k是与岩体材料磨擦系数 tan~p 方向，铅直 向上为Y轴正方 向，原点取在主洞地面，桩 和凝结力C有关的常数，由下式计算： 号为改线公路K2+112．85。计算区域取为：在xoy平 』=tan／,／9+12tan2 f2) 面上，取 方向的计算范围为一80～80m，方向的计 k【：3c／ 算范围为一80～80m，Y方向的计算底高程为500m， 各单元屈服安全系数计算如下： 上部取山体的地形面，最大高度约为560m。采用三 Kp=(k—aI1)／~／ (3) 维网格进行有限元分析，拟定了两种开挖方案，图1为 收稿 日期：2009—11—06 作者简介：漆文邦，男，副教授，博士研究生，从事水电工程教学与科研工作。E—mail：james—wb@163．eom 26 人 民 长 江 2