有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用

发布时间：2022-01-12 06:19

　　有限元强度折减法广泛应用于边坡等工程的稳定分析中,而在隧道工程稳定分析中的应用相对较少。文章将有限元强度折减法用于隧道施工稳定分析与控制中,提出基于围岩安全系数进行施工阶段围岩稳定性全过程的动态评价,并通过隧道洞周围岩变形规律的研究,建立施工阶段隧道监控量测的动态控制指标。通过算例分析可以看出,基于围岩安全系数可以定量、直观地掌握整个施工阶段围岩稳定性的动态演化规律;在满足初期支护施作后围岩稳定性要求的前提下,可以针对各个施工阶段建立相应的变形控制指标,从而克服以围岩容许位移作为隧道稳定性判断依据的局限性。通过有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用,将为解决隧道施工安全问题提供新的途径。 

【文章来源】：现代隧道技术. 2020,57(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

不同折减系数条件下拱顶中部沉降曲线

当拱顶中部沉降随折减系数的关系曲线的突变不明显时，可以结合曲墙上其它点的变形随折减系数的变化曲线的突变进行稳定安全系数的综合判定。如：第五块开挖且初期支护施作完成后，不同折减系数条件下的拱顶中部沉降、左侧曲墙上部水平变形和右侧曲墙上部水平变形如图4(a）、图4(b）和图4(c）所示。综合各条曲线的变化趋势可以判定此时隧洞围岩的稳定安全系数等于1.24。根据上述方法可以得到施工阶段围岩稳定性的动态演化规律，如表2所示。从表2中的计算结果可以看出，围岩稳定安全系数随隧道开挖范围的增大逐渐减小。但是第五块与第六块开挖且初期支护施作后的围岩稳定安全系数却未发生变化，分析其原因主要是在二维平面应变分析模型中无法反映预留核心土（第六块）对隧道围岩稳定性的提高作用，后续将通过基于有限元强度折减法的三维数值计算进一步完善该部分的内容。同时，洞中围岩塑性区的变化也说明了这一点，塑性区从最初位于开挖部分的拱脚，逐渐变化至隧道拱顶，如图5～图8所示。

其中，竖向沉降最大点位于拱顶中部，沉降最大值为37.70 cm；竖向隆起最大点位于底部仰拱中部，隆起最大值为11.44 cm。左侧曲墙上部变形5.44cm，右侧曲墙上部变形3.63 cm，收敛变形值为1.81cm；左侧曲墙中部变形14.33 cm，右侧曲墙中部变形13.47 cm，收敛变形值为0.86 cm。通过分析各个施工步对应时间段洞周各点变形随时间的变化曲线，可以得到整个施工阶段变形控制的动态标准。以数值计算的第六步，即第三块开挖且初期支护施作完成，时间步长为0.5 d这一步的计算结果为例，拱顶中部的沉降变化曲线如图10(a）所示。

【参考文献】：
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本文编号：3584268