構(gòu)造應(yīng)力場作用下深埋隧道開挖施工力學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、在高速公路建設(shè)中，為了改善線形，縮短里程，提高運(yùn)營效益，避免病害，保護(hù)環(huán)境，公路隧道的修建逐漸增多。隧道開挖是破壞巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的一個在時間和空間上都不斷變化的過程。雖然在埋深不大，圍巖級別低的地質(zhì)環(huán)境下只考慮自重應(yīng)力場也可以滿足工程需要，但在埋深較大，圍巖單軸抗壓強(qiáng)度低的情況下地應(yīng)力狀態(tài)相對復(fù)雜，考慮構(gòu)造應(yīng)力來研究隧道圍巖的穩(wěn)定性是必要的，有助于降低施工成本，防止不必要的地質(zhì)災(zāi)害。還原巖體本來的地應(yīng)力狀態(tài)對隧道開挖過程具有一定的理論

2、和實(shí)際意義。 本文總結(jié)了構(gòu)造應(yīng)力在地質(zhì)工程和地下工程中作用的數(shù)值模擬方法和隧道開挖過程的數(shù)值模擬方法，以杭州到蘭州高速公路巫奉段二期工程騾坪隧道為工程背景，運(yùn)用大型有限元軟件ANSYS對隧道開挖過程作數(shù)值模擬分析。 分別對自重應(yīng)力狀態(tài)下和加不同構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行二維簡化模型的數(shù)值模擬分析研究，研究結(jié)果表明：（1）約束條件的施加會影響模型對應(yīng)力狀態(tài)的計算結(jié)果。從三種不同的應(yīng)力狀態(tài)模擬結(jié)果來看，去掉邊界約束，改加較小的構(gòu)造應(yīng)

3、力時，其應(yīng)力狀態(tài)受自重應(yīng)力影響明顯，計算結(jié)果也不符合實(shí)際情況。隨著構(gòu)造應(yīng)力的增加，逐漸地接近真實(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，同時應(yīng)力狀態(tài)的變化也有明顯的規(guī)律性。（2）從應(yīng)力矢量圖可以看出，隨著水平構(gòu)造應(yīng)力的增加，在自重應(yīng)力不變的情況下，大主應(yīng)力的方向和大小在不斷的改變。直到水平構(gòu)造應(yīng)力成為大主應(yīng)力，整個應(yīng)力狀態(tài)就受水平構(gòu)造應(yīng)力的控制。隧道圍巖變形受大主應(yīng)力控制，當(dāng)自重應(yīng)力為大主應(yīng)力時，控制圍巖變形的是自重應(yīng)力。（3）隨著構(gòu)造應(yīng)力的增大拱頂沉降在減小，水

4、平收斂在增大，在構(gòu)造應(yīng)力大到一定程度將會變?yōu)樽畲笾鲬?yīng)力，構(gòu)造應(yīng)力就會取代自重應(yīng)力控制圍巖變形。 對騾坪隧道K4+903-K+933段的開挖過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析研究，結(jié)果表明：（1）只考慮自重應(yīng)力就意味著在模型兩邊加X，Z方向的約束，這樣就限制了單元在X方向也就是水平方向的位移．考慮構(gòu)造應(yīng)力不但還原了真實(shí)的地應(yīng)力環(huán)境而且還不用限制X方向上的位移，數(shù)值計算會更接近實(shí)際工程。（2）由于數(shù)值模擬過程是在開挖的同時就激活加固圈和噴射混