斜井掌子面形状与倾角对隧道开挖面稳定性影响

发布时间：2024-06-10 22:41

　　基于强度折减极限有限元法,建立直立形、倾斜形和曲面形3种掌子面形状的模型。针对不同倾角的斜井模型,研究网格多少以及局部加密自适应网格对计算结果的影响,分析掌子面安全系数与破坏形状之间的关系,并将安全系数同有限元分析作对比。研究结果表明:网格越精细,安全系数越低;曲面形掌子面的稳定系数小于直立形式的,直立形式的小于倾斜形式的;掌子面越倾斜,越稳定,类似于起到核心土的作用;掌子面底部与拱顶存在次应变集中带,隧道在纵断面上存在分区破坏;当掌子面形状为微椭圆形时,其稳定性略有提高,但随着椭圆度增大,安全系数降低,实际施工中,椭圆度不宜控制,建议有条件下可采用斜掌子面;斜井倾角越大,掌子面稳定性越低,所以大倾角斜井与大反坡隧道施工,更要采取措施控制掌子面的稳定;低黏聚力的破碎围岩,应通过注浆等措施,改善围岩力学参数,提高掌子面稳定性。

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【部分图文】：

图1掌子面不同形式与斜井掌子面

不同掌子面形式见图1，网格划分见图2，围岩参数见表1所示，本构关系为Mohr-Coulomb，模型边界为左右水平约束，底部为竖向约束，顶面为自由表面，隧道衬砌段为约束段，掌子面为自由面。注，图1(b)中，本文用L表示掌子面倾斜程度，建立了4种工况：1,2,3和4m,L值越大，表....

图2网格划分

强度折减法原理是对围岩的力学参数摩擦角与黏聚力进行折减；对于常规有限元强度折减法，本文是以不收敛作为判定依据的；对于极限分析有限元强度折减，是以强度折减到开挖面的支护力为0的相应折减系数作为安全系数。2网格对计算结果影响分析

图3不同网格数对安全系数影响

均匀网格划分的网格数对安全系数的影响见图3(a)，局部加密网格数的影响见图3(b)：对于均匀网格，需要更多的单元数才能达到计算的安全系数不变，而局部加密网格在相对较少的单元数下就能使得结果稳定，如局部加密网格是5000，而均匀网格要10万个才可以。3不同计算方法对比

图4不同方法计算对比

见图4：下限法(LOW-FEM)的安全系数最低，上限有限元法(UP-FEM)在中间，而采用常规有限元(FEM-SRM)进行强度折减所得安全系数最大，上限法居中，而下限法最小，这可能与计算的准则有关；若以上限法为基准，则各方法计算误差在2%～10%之间，误差不大；用强度折减有限元获....

本文编号：3992006