高地应力隧道开挖过程中围岩稳定性分析.pdf

高地应力隧道开挖过程中围岩稳定性分析 焦国良 王 卫 摘 要：利用数值分析方法及FLAC3D软件对方斗山深埋隧道开挖进行数值模拟研究，分析 了高地应力下隧道开挖 围 岩位移变化规律，指出了高地应力条件下围岩变化规律与常规条件下的不同，为指导施工提供了科学依据。 关键词：高地应力，围岩稳定性，数值模拟 中图分类号：U451．2 文献标识码 ：A 1 工程概况 回归分析_33_，并根据地应力反演大区域下的地应力值进行插值计 算得到了隧道所处区域的地应力值 ，其应力值如表 1所示。 方斗山隧道位于四川盆地东缘，由西向东穿越方斗山山脉中 表 1 区域地应力计算值 MPa 段，山脉走向呈北东～南西，其走向与构造线走向基本一致，隧道 l应力方向 l SXX I SYY ISZZ l SXY l SYZ I SXZ l 最大埋深836m。据区域地质数据，本区地应力较高 ，隧区构造线 l 应力值 l—l1．71I一12．39l一29．01I一0．61l一0．79I一3．80 l 呈NE向展布，推断最大水平主应力呈Nw 向，与拟建隧道轴线 3．3 岩体本构模型及材料参数 小角度斜交，对隧道的建设有利。隧道中段埋深大，地应力相对 岩石力学室内试验结果和现场调研都表明研究隧道地段灰 较高，岩性主要为灰岩。 岩夹页岩性质十分明显，按围岩级别分类处于Ⅲ级围岩。计算采 2 F．IAC3D简介 用摩尔一库仑准则[5】，根据现场调查以及岩石力学测试结果，得 FLAC[1J(FastLagrangianAnalysisofContinua，连续介质快速 出了研究隧道段计算区域围岩与支护岩力学指标如表 2所示。 拉格 朗 日分析)是 由Cundall和美 国 ITA~2A公司开发出的有限 表 2 围岩与支护结构材料物理力学性能参数 差分数值计算程序，主要适用于地质和岩土工程的力学分析。 名称 密度 弹性模量 泊松比 粘聚力 内摩擦角 FLAC程序建立在拉格朗日算法基础上 ，特别适合模拟大变 kg／m3 E (蛩a C，Ⅳ 日 ／(。) 围岩 2300 3 0．3 0．4 40 形和扭曲。FLAC采用显式算法来获得模型全部运动方程 (包括 初期支护 2500 23 0．2 内变量)的时间步长解，从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落，这 锚杆 21 015 对研究工程地质问题非常重要。 3 建立数值模型 3．1 计算范围与数值模型 为模拟高地应力隧道，地应力对围岩稳定性影响，本文选取 DK160+800--DK161+000间隧道进行受力分析，本区域段 围岩 级别为Ⅲ级围岩，施工方法采用上下台阶法 |2J开挖。根据隧道围 岩完整性状态，参考刚性、柔性支护结构理论 ，确定初步支护结构 a)水平位移云图 形式为：初衬 23urn厚 C25混凝土，锚 杆长度为 3．5m，间距 1．5m×1．5m。二衬 55crn厚C35混凝土。 计算坐标：x轴与隧道水平轴平行 ，y轴与大地坐标重合，z 轴与隧道纵轴线重合，坐标原点为隧道底板与洞室纵轴线交点。 计算范围：左右边界距隧道中心 50m，底部边