大川隧道施工數(shù)值模擬與圍巖穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文依托湖北省十堰市十兩公路大川隧道設(shè)計(jì)與施工，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)隧道的研究特點(diǎn)以及拱隧道施工方法的現(xiàn)狀，應(yīng)用有限元軟件ANSYS，對(duì)大川隧道的施工進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析研究了大川隧道的在不同圍巖類別、不同施工方式、不同施工階段隧道圍巖的穩(wěn)定性及和支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應(yīng)變及位移特征和變化規(guī)律。 論文首先利用有限元分析軟件ANSYS，用平面4節(jié)點(diǎn)實(shí)體線性單元模擬圍巖，用Beam3單元模擬噴混凝土，用桿單元模擬錨桿，用Beam3單元模擬二次

2、襯砌，選取Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則模擬圍巖，建立了大川隧道不同圍巖，不同施工方式，不同施工階段的平面(應(yīng)變)有限元計(jì)算模型。同時(shí)，簡(jiǎn)單介紹并采用隧道開(kāi)挖卸載的方法——“反轉(zhuǎn)應(yīng)力逐步釋放法”，利用殺死和激活單元來(lái)模擬隧道開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程。 論文考慮巖體的自重應(yīng)力，忽略其構(gòu)造應(yīng)力，模擬計(jì)算了不同圍巖、不同施工方式、不同階段條件下的隧道圍巖應(yīng)力和支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。結(jié)果表明：隧道拱腳處，有最大彎矩和剪力，隧道拱腰線下，有最大軸力。

3、 對(duì)三級(jí)圍巖，若采用全斷面開(kāi)挖，設(shè)置仰拱與否對(duì)圍巖應(yīng)力影響不大，但是，設(shè)置仰拱可以降低二次襯砌拱腳處的彎矩，還可以降低拱頂處的拉應(yīng)力；若采用臺(tái)階開(kāi)挖，設(shè)置仰拱比不設(shè)置仰拱的圍巖應(yīng)力小。 對(duì)四級(jí)和五級(jí)圍巖，設(shè)置仰拱環(huán)形開(kāi)挖比設(shè)置仰拱臺(tái)階開(kāi)挖的圍巖應(yīng)力小而分布比較均勻；四級(jí)圍巖若臺(tái)階開(kāi)挖，設(shè)置仰拱與否圍巖應(yīng)力變化不大，但是，圍巖設(shè)置仰拱可以降低二次襯砌拱腳處的內(nèi)力；五級(jí)圍巖臺(tái)階開(kāi)挖，設(shè)置仰拱可以適當(dāng)減小隧道圍巖拱腳處壓應(yīng)力和

4、等效應(yīng)力，而且，設(shè)置仰拱可以降低二次襯砌拱腳處的彎矩和拱腳處的剪力。 對(duì)大川隧道變形數(shù)值模擬表明：無(wú)論采用那種施工方式，一般在隧道(圍巖、二次襯砌)拱頂處有較大位移。 三級(jí)圍巖臺(tái)階開(kāi)挖或全斷面開(kāi)挖設(shè)置仰拱與否、四級(jí)圍巖臺(tái)階開(kāi)挖設(shè)置仰拱與否對(duì)位移影響不大，但是，設(shè)置仰拱可以減少二次襯砌的變形。 對(duì)五級(jí)圍巖設(shè)置仰拱臺(tái)階開(kāi)挖的位移比不設(shè)仰拱臺(tái)階開(kāi)挖的位移小，尤其是水平方向位移，而且，設(shè)置仰拱可以減少二次襯砌的變形。