基于收敛-约束法和ZSI的隧道初期支护时机研究

发布时间：2024-03-30 09:08

　　为了解决隧道开挖后初期支护的时机问题,提出了基于收敛约束原理和围岩局部安全评价方法单元状态指标(Zone State Index,ZSI)的初期支护时机确定方法。该方法首先计算得到隧道的围岩特征曲线,结合围岩位移速率先对最佳支护时机对应的围岩应力释放率进行初步判定;然后再利用单元状态指标ZSI对围岩局部稳定性进行确认评价,增加了支护时机选择的正确性。最后以相同变量围岩位移为基础将围岩特征曲线和纵向变形曲线进行耦合分析,建立起应力释放率和掌子面与监测断面间距之间的对应关系,得出以支护与掌子面控制间距为依据的最佳支护时机选择。以甄峰岭2号隧道为例,建立FLAC^3D有限差分数值模型,采用该方法确定了多种工况下隧道合理的支护时机。研究结果表明,围岩特征曲线的形状和斜率受围岩级别和隧道埋深的影响较大;以单元状态指标ZSI与围岩位移速率相印证,可以增加支护时机选择的准确性,为隧道支护时机的选择方法提供了一种新思路;计算所得的支护与掌子面的控制间距对实际工程起到很好的指导作用。

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【部分图文】：

图1围岩与支护相互作用关系示意图

收敛-约束法的理论基础包含围岩特征曲线(GroundResponseCurve,GRC)、支护特征曲线(SupportReactionCurve,SRC)和纵向变形曲线(LongitudinalDeformationProfile,LDP)。其中,围岩特征曲线和....

图2应力空间上应力点状态

弹性阶段单元的破坏服从Mohr-Coulomb屈服准则,应力空间中的屈服面如图2所示。其中,P为应力空间中任意一点,坐标为(σπ,τπ);O′为等倾线与π平面的交点,视为相对最安全的参考点,坐标为(σπ,0);D点为O′P的延长线与BAC平面的交点,D点位于屈服面上,坐标为(σπ....

图3GRC曲线与LDP曲线对应关系

将应力释放率与空间效应相结合,计算隧道进行支护时与掌子面之间的距离。围岩纵向变形曲线(LDP)直观地展现了隧道开挖的空间效应,反应出与掌子面不同间距处隧道断面的位移,可利用三维数值计算得出。围岩特征曲线(GRC曲线)又反应了应力释放率与围岩位移之间的关系。由此可以利用相同的变量围....

图5各工况下围岩特征曲线

利用FLAC3D内置的Fish语言,在开挖后的隧道洞周节点添加不同大小(λ=0～100%)的虚拟支撑力来模拟围岩应力逐渐释放的过程,计算得到不同应力释放率下的围岩位移值,从而得出围岩特征曲线,结果见图5。对比工况1、3或工况2、4可知,相同埋深下,围岩性质越好,其围岩特征曲线越接....

本文编号：3942134