構造應力場作用下深埋隧道開挖施工力學效應研究.pdf

1、在高速公路建設中，為了改善線形，縮短里程，提高運營效益，避免病害，保護環(huán)境，公路隧道的修建逐漸增多。隧道開挖是破壞巖體初始應力狀態(tài)的一個在時間和空間上都不斷變化的過程。雖然在埋深不大，圍巖級別低的地質環(huán)境下只考慮自重應力場也可以滿足工程需要，但在埋深較大，圍巖單軸抗壓強度低的情況下地應力狀態(tài)相對復雜，考慮構造應力來研究隧道圍巖的穩(wěn)定性是必要的，有助于降低施工成本，防止不必要的地質災害。還原巖體本來的地應力狀態(tài)對隧道開挖過程具有一定的理論

2、和實際意義。 本文總結了構造應力在地質工程和地下工程中作用的數(shù)值模擬方法和隧道開挖過程的數(shù)值模擬方法，以杭州到蘭州高速公路巫奉段二期工程騾坪隧道為工程背景，運用大型有限元軟件ANSYS對隧道開挖過程作數(shù)值模擬分析。 分別對自重應力狀態(tài)下和加不同構造應力狀態(tài)下進行二維簡化模型的數(shù)值模擬分析研究，研究結果表明：（1）約束條件的施加會影響模型對應力狀態(tài)的計算結果。從三種不同的應力狀態(tài)模擬結果來看，去掉邊界約束，改加較小的構造應

3、力時，其應力狀態(tài)受自重應力影響明顯，計算結果也不符合實際情況。隨著構造應力的增加，逐漸地接近真實的應力狀態(tài)，同時應力狀態(tài)的變化也有明顯的規(guī)律性。（2）從應力矢量圖可以看出，隨著水平構造應力的增加，在自重應力不變的情況下，大主應力的方向和大小在不斷的改變。直到水平構造應力成為大主應力，整個應力狀態(tài)就受水平構造應力的控制。隧道圍巖變形受大主應力控制，當自重應力為大主應力時，控制圍巖變形的是自重應力。（3）隨著構造應力的增大拱頂沉降在減小，水

4、平收斂在增大，在構造應力大到一定程度將會變?yōu)樽畲笾鲬?，構造應力就會取代自重應力控制圍巖變形。 對騾坪隧道K4+903-K+933段的開挖過程進行三維數(shù)值模擬分析研究，結果表明：（1）只考慮自重應力就意味著在模型兩邊加X，Z方向的約束，這樣就限制了單元在X方向也就是水平方向的位移．考慮構造應力不但還原了真實的地應力環(huán)境而且還不用限制X方向上的位移，數(shù)值計算會更接近實際工程。（2）由于數(shù)值模擬過程是在開挖的同時就激活加固圈和噴射混