砂砾石地层隧道开挖模拟多尺度分析方法

发布时间：2018-08-19 20:53

【摘要】：在砂砾石地层中,围岩土体及隧道结构的变形与力学行为主要受控于开挖扰动程度及开挖扰动范围内块石细观结构的影响.结合土石混合体的细观结构分布特征,基于尺度分离与尺度耦合相结合的思想,提出了砂砾石地层隧道开挖多尺度分析方法及分析模型,继而对该分析方法中的3个关键问题,即核心区域与非核心区域的划分,核心区域内关键粒径的确定及土石混合体宏观等效物理力学参数的确定方法进行了探讨.该多尺度分析方法的基本思想是:将砂砾石地层隧道开挖模型划分为核心区域与非核心区域,在核心区域内从细观上考虑土石混合体的分布特征,在非核心区域将土石混合体视为宏观均质材料,在此基础上进行砂砾石地层隧道开挖的宏细观模拟与分析.采用该分析方法对砂砾石地层隧道开挖过程进行了多尺度模拟,从围岩土体变形与围岩压力两个角度,与砂砾石地层隧道开挖细观分析模型及宏观分析模型得到的结果进行了对比,发现本文多尺度分析方法与细观分析模型的结果吻合较好,验证了多尺度分析方法的有效性,且该方法大大减少了计算量与建模工作量,提高了计算效率.
[Abstract]:The deformation and mechanical behavior of surrounding rock and tunnel structure are mainly controlled by the degree of excavation disturbance and the influence of rock meso structure in the range of excavation disturbance. Based on the theory of scale separation and scale coupling, a multi-scale analysis method and an analytical model for tunnel excavation in sandy gravel strata are proposed, and three key problems in this analysis method are discussed. That is to say, the division of core region and non-core region, the determination of key particle size in core area and the determination method of macroscopic equivalent physical and mechanical parameters of soil-rock mixture are discussed. The basic idea of the multi-scale analysis method is to divide the tunnel excavation model into core area and non-core area, and to consider the distribution characteristics of soil-rock mixture in the core area. The soil and rock mixture is regarded as the macroscopic homogeneous material in the non-core area, and on this basis, the macroscopical simulation and analysis of the excavation of the sand gravel stratum tunnel are carried out. The method is used to simulate the excavation process of the tunnel in sand and gravel strata. The deformation of the surrounding rock and the pressure of the surrounding rock are analyzed in terms of the deformation of the surrounding rock and the pressure of the surrounding rock. Compared with the results obtained from the meso-analysis model and the macroscopic analysis model, it is found that the results of this paper are in good agreement with the results of the meso-analysis model, and the validity of the multi-scale analysis method is verified. This method greatly reduces the amount of calculation and modeling, and improves the efficiency of calculation.
【作者单位】： 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金重点项目(批准号:51538001) 北京市自然科学基金重点项目(批准号:8161001)资助
【分类号】：U455

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本文编号：2192802