高水头作用下深埋长大隧洞围岩稳定的数值模拟研究-论文.pdf

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1、第!"卷#第$%期#&%!"年!%月科#学#技#术#与#工#程#;34-?@&%!"!'(!!!)!*"&%!"#$%+%&"!+%*#,-./0-/1/-2034356708905.0//:.05!#&%!"#,-.<1/-2<905:5<高水头作用下深埋长大隧洞围岩稳定的数值模拟研究施沈卫#朱珍德"河海大学岩土工程研究所$岩土力学与堤坝工程教育部实验室$南京&!%%D)#摘#要#在深埋隧洞开挖过程中!不可避免地将会遇到高水压和高应力!以及这两个因素所控制和诱发的问题!因此分析水压作用对围岩稳定性的影响

2、具有重要意义#针对研究高水压对深埋隧洞围岩稳定性的影响!结合锦屏二级水电站引水隧洞的实例采用SEB$M软件进行数值模拟#通过计算不同水压力条件下的围岩最大变形量!建立围岩最大变形量与水压力之间的关系!求解临界水压力#当岩体强度满足一定条件时!只要水压力小于临界水压力!就可忽略水压对围岩稳定性的影响#结果表明'对于白山组大理岩0类围岩可忽略水压作用(而对于白山组大理岩1类围岩!高水压对其影响比较大!出现严重变形!需做支护处理#关键词#围岩稳定性##数值模拟##临界水压力##围岩变形量中图法分类号#1Q"*(%####文献标志码

3、#E##近年来$我国修建大量的公路隧道*铁路隧道以水压力对围岩稳定性的影响程度$为隧洞的防排水及水工隧洞等$如锦屏二级水电站引水隧洞*渝!怀以及支护设计提供理论支持'铁路圆梁山隧道等$经常遇到高水压作用问题$隧道+,围岩稳定性判据的确定的高水压可以表现为高压涌突水$也可以表现为隧道的局部塌方$因此研究高水压对隧道围岩稳定性围岩稳定性是指隧洞开挖后在无支护条件下围影响有重要意义'任旭华*王美芹等采用有限单元岩的自稳能力'影响围岩稳定性因素主要有地质构方法$对锦屏二级水电站引水隧洞的外水压力进行造和岩体结构*地应力*岩体力学性质*

4、工程因素以了研究$提出了富水区深埋隧洞渗流控制,以堵为及地下水等'围岩稳定性数值分析的目的$就是要(!$&)主$堵排结合-%任旭华*李同春等对隧洞在不同通过数值计算来分析判定围岩是否会在支护前或者渗控方案所形成的外部水环境条件下围岩以及衬砌支护不够时失稳破坏$从而及时的采取相应支护加的工作性态进行了系统的比较$得到了在高地下水固措施$然而到目前为止对围岩稳定性判据还没有位条件下深埋引水隧洞的支护设计方面的一些结统一的标准$这主要是因为在实际工程中围岩稳定论($)%陈振振等通过锦屏二期水电站引水隧洞实例性的影响因素很复杂'但是$

5、总的来讲主要有以下分析$得出在高围压高水压下$对于完整致密大理三种基本判据&围岩强度判据$围岩极限应变判据以(*)岩$高水压力对岩石应力削弱很小$对围岩变形和围及围岩向洞内收敛位移和,收敛比-判据'岩稳定影响可以忽略不计(")'在现实工程应用中$隧洞围岩的破坏形式主要有塑性破坏和脆性破对于高围压下的良好岩体$一般忽略水压力对围岩坏'大量工程经验表明$当在脆性岩体中开挖时$围变形和稳定性的影响'但是在什么条件下可以忽略岩失稳往往是因为发生脆性破坏%而在软弱岩体中水压力的影响$考虑水压力作用和忽略水压力作用开挖时$围岩失稳主要是因

6、为产生了塑性破坏'但对围岩变形和稳定性有什么不同$这是值得研究的是对于高围压下的脆性岩体$也可能会出现延性破('!!!)问题'坏$因此只采用应力强度或者变形大小来判定围岩的稳定性不一定合适$因此$本文采用文献本文依托锦屏二级水电站引水隧洞用SEB$M(!$)给出的挤压条件下围岩的变形量经验曲线作软件进行数值模拟分析计算围岩变形量$进而分析为围岩稳定性的判据$如图!所示'&%!"年'月'日收到国家自然科学基金资助项目""!$(&$&D#*图!中收敛应变率+是隧洞围岩最大变形量与国家自然科学基金项目"*!$(D%'*#资助隧洞开

7、挖跨度的一半的比值'这里的围岩最大变形第一作者简介&施沈卫"!D)(!#$男$硕士研究生'研究方向&数值量指的是围岩总的变形量'模拟和岩土工程稳定性'9+F7.4&K2.Z.734)(G!&'@-3F'当+r!I&稳定%&"&科#学#技#术#与#工#程!"卷洞线位置向两侧各延伸)%F$.轴方向宽度!'%F%/轴沿隧洞轴线$模型/轴方向宽度*F%K轴铅垂直于隧洞轴线$K轴自洞轴下部)%F处开始向上至洞轴上方)%F$K轴方向高度!'%F'共有单元数(')个$节点数!*$)个'计算中的本构模型采用A32:+B3V43FO模型'SE

8、B$M中的流固耦合分析$渗透定律依然采用达西渗流$通过-30T.5T4V.8命令$进行饱和稳态渗流分析'图!#围岩变形等级判断示图S.5