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1、岩土工程界第11卷第11期地下工程洞山隧道锚杆支护作用的FLAC模拟12黄泽军肖炀燚(1.中国冶金建设集团成都勘察研究总院2.安徽理工大学地球与环境学院)摘要结合洞山隧道工程实例,利用FLAC软件在分析几何非线性和大变形问题方面的优越性能,对锚杆支护隧道的围岩变形、应力场分布、合理的锚杆支护及其支护作用等进行模拟。模型运算得到的围岩变形量与实测变形量十分接近,说明模型中锚杆的支护参数比较合理,可以为下一步优化支护设计作指导。关键词洞山隧道锚杆支护FLAC隧道是围岩与支护结构的综合体。隧道开挖有限差分法将待研究的受力体划分为区域和节后
2、,产生的围岩压力是由周围一定范围内的岩体与点,通过节点联为一体。在每个节点上所形成的运人工支护结构共同承担,围岩与支护结构看作/支动方程是按时间迭代的办法求解的。因此,我们就护系统0。通常情况下,隧道围岩的支护设计是根有可能清楚地看到受力体在不同的时间其力学特性据勘察结果确定,但勘察往往具有很大局限性,这就与响应。这是其他数值分析方法所不能实现的。必须在施工过程中根据实际揭露的围岩地质条件,FLAC内部含有多个力学模型,如摩尔-库仑调整支护方案。这就必须对已支护的部分进行监模型,应变硬化/软化模型,节理模型及双屈服模型测,观察其合理
3、性。同时,还需要用理论方法来进行等,用以模拟高度非线性,不可逆等地质材料的变形对比分析,以便为下一步优化支护设计作指导。特征。除此之外,FLAC还有多种特殊功能:FLAC本文以洞山隧道为例,采用FLAC方法,对支护中含有界面单元,可以模拟岩层中不连续面;含有4作用进行数值分析。种结构单元,分别为梁、锚杆、桩及支柱单元,可模拟各种支护构件;FLAC内部还有一种编程语言FISH,1FLAC程序简介运用该语言,用户可编制自己的函数、变量,甚至引FLAC(FastLagrangianAnalysisofContinuum)分入自定义力学模型
4、,显著扩大了FLAC的应用范围析软件是美国ITASCA咨询集团公司开发研制的一和灵活性。种以牛顿第二定律为基础的有限差分法程序,可以2岩参数的选取用来模拟岩土和其他材料的结构力学特性和响应。它具有计算速度快、命令直观简单、用户界面友好等围岩参数见表1,锚杆参数见表2,衬砌参数见显著特点,是岩石力学数值分析的强有力工具。表3。表1洞山隧道断面围岩参数参数名称重度C/kN#m-3弹性抗力系数K/MPa#m-1弹性模量E/GPa)粘结力C/MPa泊松比L内摩擦角/b参数值1716200112501201422615表2洞山隧道断面中空注浆
5、锚杆参数参数名称直径/mm壁厚/mm杆体长度/mm抗拉强度/MPa屈服强度/MPa拉伸率D参数值25431583554010表3洞山隧道断面衬砌参数参数名称喷射砼弹性模量/GPa单位长度砼面积/m2钢筋网水泥浆粘结强度/MPa水泥浆粘结刚度/GPa参数值265135U510@15@1511600181收稿日期22008-03-2745地下工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL111No1113模型建立及FLAC数值计算洞山隧道断面支护模型见图1。图1断面锚杆支护布置图模型分析软件采用FLAC2D,计算模
6、型宽88m,以隧道轴线左右对称;上取隧道整个埋深(20m),隧道底板以下取34m。由隧道锚杆布置模型影响范围内岩土体的X向位移等值线图(图2)和Y向位移等值线图(图3)可以看出,本模型能够充分反应隧道因开挖而发生位移的空间效应。X向位移由轴线向两边逐渐减小,且较大位移发生在距隧道拱腰较近的一定高度的范围内;Y向最大位移发生在拱顶附近,且由拱顶向两边逐渐减小,说明本分析比较符合实际。由隧道模型影响范围内岩土体的X向应力等值线图(图4)和Y向应力等值线图(图5)可以看出,X向较大应力发生在拱脚的一定范围内,即X向应力主要集中在拱脚到拱腰
7、的一定范围内,其主要作用就是迫使拱墙发生X向位移,直至应力释放到足以使支护应力与之抗衡,隧道内空收敛才结束;Y向较大应力发生在底帮及拱顶附近,发生在拱顶处的集中应力主要作用就是迫使拱顶向发生Y向位移,发生在底帮处的集中应力主要作用就是使整个隧道内空发生y向位移(即反拱现象)。4FLAC数值分析结果与现场实测对比(1)拱顶下沉量比较:由FLAC有限元分析得到的拱顶测点的绝对位移量为-61832mm,路面绝对位移量为-11212mm,所以拱顶的相对下沉量为51620mm。由实测数据回归分析得到的拱顶测点的最终沉降量为51766mm。由有
8、限差分元法分析得到的结果与实测值相比的相对误差为1188%,说明由有限差分元法分析得到的结果与实际基本相符,即用于模拟该断面隧道的各参数基本能反映该断面的实际情况。(下转第49页)46岩土工程界第11卷第11期边坡工程泥浆、425号水
