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1、地下工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.2FLAC3D在浅埋隧道稳定性分析中的应用王灿刚张云(中交隧道工程局有限公司)摘要用有限差分数值模拟软件FLAC3D模拟浅埋隧道开挖支护过程,分析在开挖过程中的围岩应力分布及变形情况,评价其在开挖及支护过程中的围岩稳定性。关键词FLAC3D浅埋隧道稳定性分析应用绘制或以文件形式创建和输出打印多种形式的图1FLAC3D简介形,还可以根据需要,将若干个变量合并在同一幅图FLAC3D不同于其他有限元程序,它采用的是形中进行研究分析。有限差分
2、法。在有限差分法中,基本方程组和边界2工程简介条件(一般均为微分方程)近似地改用差分方程(代数方程)来表示,即:由空间离散点处的场变量(应漫川关隧道地处秦岭山脉中,围岩以⑸、⑷为力,位移)的代数表达式代替。这些变量在单元内主,隧道基本垂直山脊走向,隧道地区地形起伏绞是非确定的,从而把求解微分方程的问题改换成求大,地表有残坡积亚粘土、碎石土。隧道围岩砂岩、解代数方程的问题,能相对高效地在每个计算步骤砾岩为主,弱风化,节理较发育。山体中部发育一条重新生成有限差分方程。在有限元法中,常采用隐河流(纸房沟),沟内有长流水,
3、隧道最大埋深式、矩阵解算方法,而有限差分法则通常采用/显113m,顶部浅埋只有16m,浅埋段长90m。浅埋段式0、时间递步法解算代数方程。FLAC3D程序具有岩体力学参数见表1。强大的后期处理功能,用户可以用以直接在屏幕上表1浅埋段岩体力学参数岩体名称深度/m容重/kg#m-3弹模/MPa泊松比T抗压强度/MPa抗拉强度/MPa粘结力/MPa内摩擦角/(b)亚粘土、碎石土0~416002000/0.2230.61.125砂岩4~25221240280.1736.251.021.930砂岩、砂砾岩25~8524988
4、5900.27445.461.362.05343稳定性分析311开挖和支护方式漫川关隧道拟采用CRD开挖方式,双层小导管超前注浆(图1),系统锚杆梅花形布置(图2),每循环进尺1m,衬砌采用复合式衬砌,支护参数见表2。图1双层小导管布置示意图表2支护参数衬砌厚度/mm混凝土标号312数值模拟稳定性分析衬砌形式锚杆直径初期支护二衬初衬二衬有限差分计算试验模型采用摩尔-库仑模型复合式260450∽22C25C25(图3),主要参数见表1。约束条件:X,Y方向边界水平约束,Z方向低面垂直约束,顶部为自由面。模型纵向取12
5、0m,横向各取40m,上层覆盖层厚度平1收稿日期22007-07-1250岩土工程界第11卷第2期地下工程均为28m,共划分34320个网格单元,36901个网格挖面的底部,而最大主应力高应力区则为侧边,最大节点,大部分网格单元为1~2m,最大不超过8m。主应力与最小主应力在数值上差一个数量级(图4、(1)围岩应力分布规律:围岩在第一部分开挖5)。而在加了支护之后,应力峰值区已有往侧壁转后随着原岩应力的释放,最小主应力高应力区为开移的趋势(图6、7)。(下转第55页)51岩土工程界第11卷第2期边坡工程表1土坝渐进
6、破坏过程中破坏可能性度量表指定破坏单元应力状态/MPa破坏单元数破坏单元可靠度指标边坡可靠度指标相应安全系数RRR12300106215010549-011737531853931853980107225010446-0118115212862617931160108525-0101355-01226-9101907149422401111875-0104193-013371-111869171494433010884-010485-012974-4143197149501189[2]面的位置也相差不大,可见本文建
7、议的方法是非参考文献常有效和可靠的。[1]ZouJZ,WilliamsDJ,XiongWL.SearchforCriticalslipsurfacebasedonFiniteElementmethod.CanadianGeotechJ,1995,326结论(1):233-246.[2]宋二祥.土工结构安全系数的有限元计算.岩土工程学报,本文根据边坡工程渐进破坏的理论,利用破坏1997,19(2):1-7.追踪的方法得到最大可能滑裂面的位置和相应的失[3]沈珠江.理论土力学.北京:水利水电出版社,2000.效概率,并
8、把失效概率进一步转化为安全系数,通过[4]杨令强,练继建,张社荣,等.拱坝的破坏分析及超载问题探一个均质土坝的算例,验证该方法是可行性的,并将讨.水利学报,2003(3).所得的结果与Bishop法、降低强度法和增加容重发[5]刘宁.可靠度随机有限元及其工程应用.北京:中国水利水进行了对比,结果表明本文采用的方法与Bishop法电出版社,2001.[6]赵国
