某片麻岩隧道稳定性数值模拟研究

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本文以张承高速某隧道为实例,首先对某隧道的工程地质特征进行了调查和总结,其次根据地质条件对影响隧道稳定性的因素进行了分析与评价,最后运用数值模拟方法对不同片麻理倾角、不同开挖工法、不同偏压角和埋藏深度等因素引起的隧道的稳定性变化进行了研究。取得主要成果如下:
  (1)隧址区围岩为太古界单塔子群片麻岩,属于较软岩,岩体破裂明显,抗剪强度低,不利于隧道施工。影响该隧道稳定性的主要因素为片麻岩结构性质、隧道开挖方式、偏压及埋藏深度等。
  (2)针对片麻岩的结构性质,分别建立片麻理倾角水平(0°)、倾斜(45°)及垂直(90°)三种数值模型,对隧道开挖后围岩的变形、应力及塑性区分布状况进行对比分析,表明片麻理倾角450对隧道的围岩稳定性影响较大。
  (3)在片麻理倾角45°工况下,针对全断面开挖、留核心土开挖及台阶法开挖三种工法进行数值模拟,得到在片麻岩隧道施工中台阶法是最合理的开挖工法。
  (4)基于偏压对隧道稳定性影响,选用台阶法施工,在隧道埋深30m的工况下,对偏压角为15°、30°、45°三种地形偏压进行数值模拟计算,发现地形偏压角为45°时,隧道开始发生了剪切破坏。在隧道开始发生剪切破坏的偏压角工况下,分别建立隧道埋深为30m、50m及70m三种模型,对隧道开挖后围岩的应力场、位移场及塑性区分布状况进行分析,得知:当偏压角为45°且隧道埋深为70m时,隧道失稳。
  (5)通过以上研究,以张承高速某隧道工程为原型,建立三维数值模型,提取拱顶沉降的监测数据,与实际监测点进行对比,结果表明:两者拱顶的沉降曲线变化趋势基本一致,数值模拟与实际监测点的拱顶沉降值的误差为0.2cm和0.15cm,误差较接近。
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