基于濕度場的膨脹圍巖隧道施工性態(tài)模擬研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,為了加強各省市地區(qū)的交流往來,提高時間效益,修建大量的高速公路是必要的。為了提高經(jīng)濟效益,縮短里程,高速公路穿過山嶺丘陵時需要修建高速公路隧道。而在膨脹土地區(qū)進行隧道施工在國內(nèi)研究較少,也缺乏大量的施工經(jīng)驗,特別是對大斷面膨脹圍巖隧道這類施工難度很大的隧道的研究還處于初級階段。為此,本文以廣西宜河高速公路某大斷面膨脹圍巖隧道為依托工程,現(xiàn)場取土樣進行不同含水率(15％、20%、25%)的抗剪強度試驗,以此為基礎(chǔ),

2、運用通用大型有限元分析軟件ANSYS對三種含水率(15%、20%、25%)四種開挖方式(全斷面開挖法、CD法、臺階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法)進行數(shù)值模擬,分析降雨入滲時,不同含水量狀況對圍巖及支護的應(yīng)力變形影響規(guī)律。本文所做的工作有以下幾個方面:
　　(1)對廣西宜河高速公路某大斷面隧道工程現(xiàn)場取土樣進行不同含水率(15%、20%、25%)的抗剪強度試驗,發(fā)現(xiàn)隨著含水率的增大,抗剪強度指標(biāo)粘聚力c和內(nèi)摩擦角?、切線彈性模量Et的平均值都不

3、斷減小。
　　(2)進行有限元建模計算基本假定:
　?、賴鷰r為理想彈塑性材料,忽略圍巖蠕變效應(yīng)的影響;
　?、谥豢紤]圍巖自重應(yīng)力,不考慮構(gòu)造應(yīng)力及外水壓力的影響;
　　③只對錨桿以及噴射混凝土的初期支護進行模擬,將二襯看做是安全儲備,不在模擬中體現(xiàn)出來。
　　(3)結(jié)合工程實際,建立三種含水率(15%、20%、25%)四種開挖方式(全斷面開挖法、CD法、臺階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法)的隧道開挖有限元模型,求解計算得

4、到膨脹圍巖的應(yīng)力變形情況和錨桿與噴射混凝土層支護的受力情況。
　　(4)對模型計算結(jié)果進行分析。結(jié)果表明:
　?、偻环N開挖方式,隨著膨脹圍巖含水率的增大,圍巖應(yīng)力逐漸減小,圍巖變形和錨桿與噴射混凝土層的受力情況逐漸增大。
　?、诤氏嗤瑫r,選擇不同開挖方式,膨脹圍巖的應(yīng)力變形情況是不同的。
　　因此,選擇全開挖法和臺階法會造成支護結(jié)構(gòu)不能及時制作好、使膨脹圍巖長時間暴露在空氣中等不利因素,這尤其對于膨脹土質(zhì)圍