模擬隧洞開挖過程的圍巖及襯砌受力特性研究.pdf

1、隧洞在開挖過程中的圍巖穩(wěn)定問題關(guān)系到整個隧洞工程的建設(shè)成本和運營效益，一直為理論界和工程界所關(guān)注。保證隧洞在開挖過程中的安全與穩(wěn)定，是一個極其重要的課題。由于巖體地質(zhì)條件十分復(fù)雜，其穩(wěn)定性和影響因素之間的關(guān)系是一個典型的多維非線性系統(tǒng)，很難用一個數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確地概括所有情況。隨著電子計算機的發(fā)展和普及，數(shù)值計算得到了長足的進步，已經(jīng)成為巖石力學(xué)研究和工程設(shè)計計算的重要手段。應(yīng)用ANSYS大型有限元分析軟件模擬隧洞施工及運行的全過程，分析和

2、評價隧洞圍巖的穩(wěn)定性是目前比較有效的方法。
　　 本文以某引水隧洞為例，根據(jù)工程地質(zhì)條件和開挖設(shè)計方案，采用彈塑性本構(gòu)關(guān)系，建立三維有限元模型。對引水隧洞開挖、初期支護、二次襯砌、充水運行的全過程進行數(shù)值仿真模擬。計算分析了隧洞圍巖在施工過程中的應(yīng)力應(yīng)變分布情況及變化規(guī)律、塑性區(qū)分布以及襯砌結(jié)構(gòu)上的受力情況，評價隧洞開挖后的圍巖穩(wěn)定性。選取不同的典型剖面位置，繪制開挖規(guī)模的不斷增大隧洞圍巖各剖面的應(yīng)力變化曲線和豎直位移變化曲線，

3、研究隨著開挖深度的增大對圍巖穩(wěn)定的影響。
　　 在眾多影響圍巖穩(wěn)定的因素中，本文重點對地下水、施工開挖順序、斷面形式對圍巖穩(wěn)定的影響進行了分析與討論。分析引入外水壓力后，隧洞圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場和變形場的變化規(guī)律，為襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供指導(dǎo)。對相同的斷面型式采用不同的開挖施工順序，研究開挖過程中應(yīng)力場和變形場的分布規(guī)律，為選擇合理的施工順序提供依據(jù)。采用相同的施工順序，對不同斷面型式的隧洞進行開挖，比較不同斷面型式下開挖過程中，