地下洞室顶板安全厚度的Flac3D分析

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1、地下洞室顶板安全厚度的Flac3D分析曾壮丽，江学良，刘自由‘(湖南城市学院土木工程学院，湖南益阳413000)摘要：将地下洞室顶板稳定的安全系数定义为岩土体的实际剪切强度与临界破坏时折减后的剪切强度的比值，将顶板塑性区形成潜在的滑移通道作为项板破坏的判别标准，利用FLAC”程序与强度折减法分析了地下空区顶板的位移、应力与塑性区分布。研究结果表明：该方法物理意义明确，图形显示清楚，节约计算时间，并且可避免计算收敛失败；顶板安全厚度计算结果与现场调查接近，是可靠的。关键词：地下洞室；顶板安全厚度；强度折减法；FLAC30中图分类号：TU92文

2、献标识码：A文章编号：1672—401l(2010)03—005l—03AnalysisofundergroundcavernroofsafetythicknesswithFLAC3DZENGZhuangli，JIANGXueliang，LIUZiyou(SchoolofCivilEngineedng，HunanC缈University，Yiyang413000，China)Abstract：Thesafetyfactorofundergroundcavern，sroofwasdefined够theratioofrockactualshea

3、rstrengthtothefail-ureshearstrengthafterlowingmaterial§strength．Theformingofpotentialsllpplaneofroofplasticzonewasregardedasthecrite·rionofrooffailure．ThroughtheFLAC3080ftwareandthemeth-0doflowingmaterial备strength，theroof§displacements，stressandtheplasticzoneswereobtained．

4、Theresearchresultsshowthatthecalculationmethod§meaningisclearandtheresultfig-ares眦distinctanditcansavecalculationtimeandavoidfailingofcalculationeonstringeney．Comparedwiththecalculationre·suitsandthespotinvestigationresults，theealculationroofsafetythicknessiSreliable．Keywo

5、rds：undergroundcavern；roofsafetythickness；methodoflowingmaterial§strength；FLAC300前言地下洞室包括各类天然形成的地下空区(溶洞等)、矿山生产过程中形成的地下采空区以及各类人工开挖形成的洞室(如人防洞、隧道等)。影响地下洞室顶板稳定性的因素很多，一般可以分为二大类：一是内在因素，包括地下洞室顶板的厚度、跨度及形态，岩石的性质，岩层产状、节理、裂隙状况，以及岩石的物理力学指标等；二是外在因素，包括地下洞室内水流作用、顶板上行驶的车辆、地震等。在工程实践中，一般先将上

6、述诸因素加以概化，然后采用基金项目：湖南省自然科学基金资助项目(07JJ6084)。近似的方法进行计算。目前确定空区顶板安全厚度的方法主要有：半定量方法¨。2]、有限元法"“】、极限分析法口】、数值流形方法怕】、拉格朗日法"3(FLAC)等。虽然半定量方法简单易用而且易于被工程人员接受，但该类方法对顶板的受力情况与破坏机理认识不足，‘存在一些问题，数值分析方法可模拟复杂的边界条件，且能分析地下洞室顶板应力与变形的具体情况，引入到顶板安全厚度的研究是一个较好的研究思路。Duncan指出边坡安全系数可以定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时，对土的

7、剪切强度进行折减的程度，即定义安全系数是土的实际剪切强度与临界破坏时折减后的剪切强度的比值，即为强度折减法。随着计算机技术的发展与有限元分析技术的成熟，强度折减有限元方法在边坡稳定性分析中得到了广泛的应用¨“⋯，本文运用FLAC3D程序、强度折减法与优化理论对地下顶板的安全厚度进行分析。1顶板安全厚度的FLAC30分析原理1．1FLAC”基本原理“FLAC”表示“连续介质快速拉格朗日分析”，是一种显式有限差分程序。与有限元程序中用到的隐式法相比，具有以下一些特点：时步小于稳定性的临界值，每一时步只需要少量的计算，动力求解时无需明显的数值阻尼

8、，实现非线性本构关系无需进行反复迭代，不形成矩阵，无带宽限制，占用内存少，同样适合求解大位移、大应变问题‘1卜121。1．1．1空间导数的有限差分三维快速拉格朗日法采用了混合离散