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节理岩体隧道分析方法研究

朱成华  
【摘要】:近年来,对节理岩体的研究受到了广泛地关注,众多学者分别从理论、试验和数值分析等方面进行了深入地研究,理论和试验方面取得了相当大地进步,但因岩体本身的复杂性数值分析一直是解决节理岩体问题的切实有效方法。现今,数值方法研究节理岩体隧道,普遍是把节理岩体理想化为连续介质,通过降低岩体的力学参数来考虑节理的影响,这样处理虽然有一定的合理性,但与实际严重不符,另外,对节理岩体的数值分析也有采用离散介质模型的,通过分别模拟岩块和节理并各自赋材料参数的值,使得更符合岩体的材料性质,该方法在国外已经取得广泛地应用,但在国内应用的还比较少。本文采用离散介质和连续介质模型两种方法,分别采用计算软件分析节理岩体隧道,离散介质模型采用的是离散元理论,以一个节理隧道为例,分析了节理的力学参数(节理的粘聚力、内摩擦角和刚度)对隧道围岩位移和支护内力的影响。连续介质模型采用的理论是,基于Hoek-Brown强度准则将节理岩体等效转化为符合Mohr-Coulomb强度准则的均质连续岩体,进而进行数值分析。由于Hoek-Brown强度准则采用地质强度指标GSI来考虑,GSI值可以通过节理的具体参数反映节理岩体质量,因而该方法考虑了节理对分析结果的影响,并且通过Hoek-Brown强度准则等效转化为均质连续岩体,这样可使其广泛适用于基于Mohr-Coulomb强度准则开发的数值分析软件。 对于含有两组交叉节理的岩体,分别采用两种方法对比分析隧道的初期支护的受力,得到连续介质模型喷射混凝土的安全系数大于离散介质模型的,即在设计中采用连续介质模型计算是偏不安全的,为了进一步分析,改变节理的方向和间距经过多组的对比分析,该结论依然成立。本文根据工程实例石塘隧道,采用两种方法对其初期支护作受力分析,进一步验证上述结论。随后,采用非连续方法对隧道围岩的稳定性进行分析,得到隧道围岩是不稳定的,在隧道的拱顶会产生坍塌,经过预先锚杆加固处理,隧道围岩稳定。综上,非连续方法因其模拟节理岩体符合实际状况,不仅在计算支护内力具有更好的安全性,而且在分析围岩的稳定方面优势更加明显,该方法可以准确找到不稳定块体,进而预先加固且进一步分析其加固的效果。


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