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1、地铁隧道支护系统的数值模拟研究论文.freel,所以计算模型长度取110m,高度取57m,其中隧道埋深约为17m。2.2.2单元的划分采用矩形单元,在隧道断面处进行局部加密,共划分成400×320个单元。2.2.3边界条件模型两侧的边界条件为限定水平移动的滑动支撑,模型底部的边界条件为限定垂直位移的滑动支撑,模型上部为自由边界,如图3.1和图3.2所示。图1单洞单线并行隧道计算模型图2大跨度隧道计算模型2.3模型物理力学参数与屈服准则2.3.1物理力学参数的选取在选用岩土计算参数时,要剔除岩体与实验岩块间尺寸效应
2、的影响,可取实验参数的1/10～1/5作为计算参数。2.3.2屈服准则该计算以广州地铁三号线为背景,对单洞双线和单洞单线并行隧道分别进行计算分析,施工方法采用新奥法,衬砌为复合式衬砌。针对不同的围岩类别和不同的岩土材料采用不同的力学计算模型。对Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类围岩,主要是由填土、砂层及岩石风化后的产物组成,塑性较强的弹塑性地质材料,土的性质比较突出,在材料达到屈服极限后,可产生较大的塑性流动。对这几类材料选用摩尔库仑(Mohr2Coulomb)屈服准则来对其进行模拟。21+sinφ1+sinφfs=σ1-σ31-
3、sinφ+2c1-sinφft=σ1-σ3其中:σ1、σ3分别为最大、最小主应力,c为粘聚强度,为内摩擦角,σ为受拉强度。t当fs0时材料将发生剪切破坏,材料在达到屈服极限后,在恒定的应力水平下产生塑性流动。在拉应力状态如果拉应力超过材料的抗拉强度即:ft0时,材料发生拉破。在Ⅳ类和Ⅴ类围岩中,主要是岩石类材料,岩石的性质较为明显,可以采用应变软化准则来进行模拟和分析。在这一准则中,屈服函数、势函数、塑性流动法则以及应力修正与摩尔一库仑准则是完全一致的,不同之处就是粘聚强度、内摩擦角、剪涨角和抗拉强度等在通过塑性
4、屈服点以后,在应变软化模型中会出现软化现象。隧道的支护采用锚杆和复合式衬砌,其中锚杆用杆单元进行模拟,复合式衬砌主要是混凝土构成,其变形也遵循摩尔2库仑屈服准则。2.4计算方案与模拟方法隧道周边的应力场、位移场以及其他参数不仅受地质情况、锚杆、衬砌等因素的影响,而且还受施工方法的制约。所以,根据隧道所处地段的地质状况、隧道跨度、施工方法以及所采用的支护措施制定以下计算分析方案,并将不同方案下的计算结果进行比较分析。(1)围岩类别为Ⅰ类和Ⅱ类,中等跨度,CRD工法施工,采用42超前小导管注浆,长度L=4.5m,环向
5、间距0.35m,纵向间距3.0m;全环格栅钢架,间距0.6m;拱墙echanicsC.Rotterdam:Balkema,1987.14331456.2AsetMR,ReddishDJ.LloydPotions.TunnelingandUndergroundSpaceTechnologyJ.2000,15(3):249-258.5谢和平,周宏伟,王金安1FLAC在煤矿开采沉陷预测中的应用及对比分析1岩石力学与工程学报J.1999,18(4):397-40116黄润秋,许强1显式拉格郎日差分分析在岩石边坡工程的应用
6、1岩石力学与工程学报J.1995,14(4):3462354.7梁海波,李仲套,谷兆祺1FLAC程序及其在我国水电工程的应用1岩石力学与工程学报J.1996,15(3):2252230.
