计算模型在隧道围岩黏弹性分析时，为了简化运算，假设洞室截面为圆形，对于矩形或直墙拱顶的洞室采用相似变换将隧道形状作等代处理，等代圆的当量半径可按下式计算:式中:B——隧道断面最大宽度;H——隧道最大高度。取静水压力状态，洞室压力为p0，开挖半径为a，支护结构半径为b，计算模型如图5.1所示。从式(5.5)可以看出，开挖面掘进速度v越快，则p越大，释放掉的应力越小。......
2023-09-21
挤压性围岩隧道变形破坏特性及控制技术：计算模型与参数探讨
【摘要】：数值计算模型选取隧道出口中厚层炭质板岩段建立三维数值模型，视初期支护和二次衬砌为弹性体，围岩体考虑其蠕变特性，采用本书建立的考虑围岩含水损伤影响非线性黏弹塑性模型进行计算。表4.9支护材料力学参数
(1)数值计算模型
选取隧道出口中厚层炭质板岩段建立三维数值模型，视初期支护和二次衬砌为弹性体，围岩体考虑其蠕变特性，采用本书建立的考虑围岩含水损伤影响非线性黏弹塑性模型进行计算。隧道开挖过程模拟实际施工中采用的预留核心土三台阶开挖法，中下台阶左右拉槽错开开挖。
模拟预留核心土三台阶七步开挖法的具体过程为:①预留核心土，上台阶弧形导坑开挖进尺5 m，每循环进尺1 m;②上、中台阶平行作业，进行锚杆以及初期支护施作，循环施工直到中台阶长度达到10 m;③下台阶开始开挖，上、中、下台阶平行作业，直至下台阶长度达到15 m;④保持上、中、下台阶平行作业，开挖并施作3 m仰拱。⑤距掌子面50 m施作二衬，每板二衬12 m长。计算过程中通过布设测点来监测位移及应力场随时间发展的变化规律。
模型计算区域取3倍隧道洞跨，左、右边界距隧道外缘50 m，底部边界距隧道外缘45 m，纵深方向取85 m。模型采用位移边界条件，其中顶部无约束，左、右施加水平约束，底面约束所有自由度，前后两个面施加Y方向上的约束。隧道埋深采用均布荷载来代替。模型中锚杆采用cable单元模拟，初期支护采用shell单元，围岩与二衬采用实体单元模拟。
(2)岩体力学参数与支护参数
中厚层状炭质板岩的岩体力学参数与蠕变参数，以岩石室内力学试验和室内蠕变试验得到的参数为依据，参考文献[15]方法进行折减。模型计算参数如表4.8所示。
表4.8 岩体的力学参数与蠕变计算参数
初期支护、二次衬砌为线弹性体，初期支护中钢拱架的作用，采用等效模量法体现，其计算方法如下:
式中:E——折算后的混凝土的弹性模量;
E0——喷射混凝土弹性模量;
Eg——钢材弹性模量;
Ag——钢拱架截面积;
Ac——混凝土截面积。
支护材料力学参数如表4.9所示。
表4.9 支护材料力学参数
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2023-09-21
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