考慮初始應力和變形過程的隧道圍巖塊體穩(wěn)定性分析.pdf

1、隧道圍巖非連續(xù)變形穩(wěn)定性分析是隧道施工安全評價的一項非常重要的內(nèi)容。巖體可以視為由裂隙面和由裂隙面相互切割形成的塊體組合成的集合體,大量工程經(jīng)驗表明,在隧道開挖過程中,巖體的破壞形式很多情況下表現(xiàn)為塊體的失穩(wěn)破壞。
　　 本文在“關鍵塊體理論”的基礎上,結合隧道開挖臨空面識別出可能失穩(wěn)的塊體,并利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件分析初始地應力及開挖二次應力場對圍巖穩(wěn)定性的影響,主要的研究內(nèi)容和結論有:
　　 (

2、1)歸納總結了近年來關于裂隙面模擬和塊體識別的理論和方法,并利用面向對象的編程語言VC++和OpenGL的圖形處理功能開發(fā)出了基于windows操作平臺的巖體裂隙三維網(wǎng)絡模擬系統(tǒng)。對于巖體確定性裂隙,該模型能直接導入裂隙面的產(chǎn)狀、長度等幾何參數(shù);對于現(xiàn)場測量無法確定的裂隙則可以通過假定其分布規(guī)律模擬生成所需要的裂隙。該程序可以實現(xiàn)研究區(qū)域巖體、隧道開挖面及裂隙面的模型建立、顯示、縮放、旋轉和平移等功能,同時基于關鍵塊體的理論編制算法對裂

3、隙面交割生成塊體的過程進行計算,并結合隧道開挖臨空面的空間位置實現(xiàn)了關鍵塊體的識別和顯示。
　　 (2)利用ANSYS前處理功能建立隧道有限元模型,并將前面得到的關鍵塊體數(shù)據(jù)結構轉化為可識別的有限元命令流導入該模型中。利用LS-DYNA計算程序對隧道開挖過程進行模擬計算,并在分析中考慮初始地應力及開挖二次應力場的影響。通過分析特定形狀塊體在不同摩擦系數(shù)時的時間-位移規(guī)律,可以發(fā)現(xiàn)當摩擦系數(shù)較大時,塊體處于穩(wěn)定狀態(tài),接觸面提供的摩

4、擦力足以阻止其下滑;隨著摩擦系數(shù)的減小,當?shù)竭_某一數(shù)值時,塊體的下滑力超過了接觸面所能提供的最大摩擦力,這時塊體出現(xiàn)失穩(wěn)破壞,并以此作為判斷圍巖失穩(wěn)的標準。同時根據(jù)有限元強度折減法的基本原理,分析了圍巖穩(wěn)定性的安全系數(shù)。
　　 (3)根據(jù)塊體穩(wěn)定性分析的常規(guī)方法,利用同樣的有限元模型,只考慮可能失穩(wěn)塊體自身的重力對其穩(wěn)定性的影響,不考慮圍巖初始地應力及隧道開挖二次應力場的影響進行了對比計算。通過分析計算結果可以發(fā)現(xiàn),對于本文所研