基于強度折減法的隧道圍巖自穩(wěn)能力研究.pdf

1、傳統(tǒng)的自穩(wěn)能力評價方法主要是依據(jù)圍巖質(zhì)量分級，再針對各級巖體中不同跨度區(qū)間的隧道進行自穩(wěn)時間及可能塌方程度預(yù)計。這些方法的共同特點是枚舉式，根據(jù)圍巖級別，當(dāng)最大跨度在某一范圍的洞室開挖后，裸體圍巖不發(fā)生塌落的時間及可能的坍塌表現(xiàn)方式與程度。然而，這類評價方法的結(jié)果并沒有提供確切的定量表征指標(biāo)，僅僅是定性的描述，準(zhǔn)確程度依賴研究者的經(jīng)驗，而且沒有涉及到圍巖支護結(jié)構(gòu)承載力計算及穩(wěn)定性定量指標(biāo)問題。本文將基于強度折減法，提出了一種隧道圍巖自穩(wěn)

2、能力的定量評價方法。
　　 首先，詳細介紹了強度折減法的基本原理及優(yōu)越性，將強度折減技術(shù)與有限差分法相結(jié)合，采用Morh-Coulomb塑形模型，通過對巖土體的抗剪強度進行折減，使巖土體達到破壞狀態(tài)，此時所得到的折減系數(shù)即為巖土工程的安全系數(shù)。強度折減數(shù)值分析方法既具有數(shù)值方法適用范圍廣的優(yōu)點，又能獲得巖土工程的穩(wěn)定性評價指標(biāo)，具有實用性強的特點。
　　 其次，根據(jù)隧道的失穩(wěn)機理，結(jié)合FLAC軟件的運算特點，對數(shù)值計算中

3、隧道圍巖的失穩(wěn)判據(jù)分別進行了討論。根據(jù)在大應(yīng)變模式下有限差分軟件FLAC具有更強的收斂能力的特點，故將隧道拱頂下沉發(fā)生突變作為隧道圍巖發(fā)生破壞的判據(jù)能夠較為準(zhǔn)確地獲得隧道的安全系數(shù)。塑性區(qū)貫通判據(jù)僅僅是隧道圍巖失穩(wěn)的必要條件，可作為其他失穩(wěn)判據(jù)的補充。
　　 然后，基于GSI評分系統(tǒng)，首先根據(jù)Hoek-Brown準(zhǔn)則和Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的關(guān)系來確定巖體的抗剪強度參數(shù)，應(yīng)用有限差分法和強度折減法，計算未支護隧道的安全系數(shù)

4、，并將其定義為自穩(wěn)系數(shù)，作為隧道圍巖的自穩(wěn)能力評價指標(biāo)。此外，根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG D70-2004)，對于各級圍巖選取最不利巖體力學(xué)參數(shù)，并采用最低的支護標(biāo)準(zhǔn)，將這種狀態(tài)下的隧道圍巖安全系數(shù)定義為標(biāo)準(zhǔn)安全系數(shù)下限，作為隧道圍巖能否自穩(wěn)的參考指標(biāo)。由此，確立了隧道圍巖自穩(wěn)能力的定量評價方法。
　　 最后，通過FLAC軟件，以隧道圍巖自穩(wěn)系數(shù)為考核指標(biāo)，引入正交試驗設(shè)計，通過極差分析，揭示了巖層地質(zhì)、巖性及隧道形狀等因