隧道稳定性分析与设计方法讲座之一：隧道围岩压力理论进展与破坏机制研究 - 图文-.doc

428 隧道建设第33卷表3 parisonandcontrastbetweenresultsofmodelexperimentandthoseofnumericalsimulation模型试验极限kN荷载/44数值模拟极限kN荷载/41模型试验破裂面与洞壁最大距离/mm左58右40数值模拟破裂面与洞壁最大距离/mm左61右43图9 等效塑性应变图(埋深为9m,) Strainofequivalentplastic() 由表3可以看出,模型试验得到的破坏荷载与数值模拟得到的破坏荷载十分接近,而且模型试验破裂面与洞壁最大距离和数值模拟破裂面与洞壁最大距离两者也十分接近,表明数值方法用于分析节理岩体隧道的破坏机制也是可行的。 有限元建模及计算参数为研究不同节理倾角时节理隧道的破坏状况及安全系数,需要选用岩体节理力学计算模型(见图12)。在计算软件中一般提供无厚度节理单元模型,此外也图10 等效塑性应变图(埋深9m时,) Nephogramofequivalentplasticstrain()可采用有厚度的软弱夹层来模拟岩体节理。计算表明,采用的软弱夹层厚度可能大于实际节理厚度,但只要抗剪强度不变,也可以计算出较好的结果。2种力学模型的计算结果相近,但后者更为方便。本文采用软弱夹层模型,计算应用有限元强度折减法,由此计算出破坏状态与稳定安全系数。3 数值计算与室内试验的比较岩体中存在各类岩体节理裂隙,节理裂隙的抗剪强度明显低于岩石的抗剪强度,在这种强度不一的岩体中其破坏机制必然有所变化。节理岩体的力学参数1和表3列出模型试验与数值模拟如表2所示。图110]的结果[。表2 试验材料物理力学参数Table2 Physicalandmechanicalparametersofexperimentalmaterials材料名称土体节理面重度弹性模量/泊松比3GPa(kN/m).046内摩擦角/(°) Geometricmodel 计算中变化5种节理倾角(0°、30°、45°、60°、90°),间距采用2m,岩石与节理强度参数,见表4。隧道跨度10m,侧墙高10m,拱高5m,,隧道埋深为50m。隧道范围左右两侧和隧道下部均考虑5倍跨度的围岩,为消除节理贯穿边界对模型边界的影响,节理范围考虑上下左右侧各3倍跨度,其余按岩石材料考虑。围岩左右两侧边界取为水平向约束,下部边界取竖向约束。按照平面应变问题进行计算。 数值模拟结果及分析图11 模型试验(左边)与数值模拟(右边) Resultsofmodelexperiment(left)andthoseofnumeriright)calsimulation(由于节理的存在,在开挖过程中易发展形成塑性区,特别在远离开挖隧道周围也出