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城门洞型洞室围岩——支护系统稳定性数值仿真试验研究

马玉扩  
【摘要】: 洞室工程新奥法的设计理念与施工技术早已被发达国家普遍采用。我国在60年代就引进了新奥法的施工技法,然而目前洞室工程的设计指导思想仍未突破50年代的山岩压力理论,对洞室稳定性态与支护结构内力变化规律的系统量化研究也少见报道。为了尽快使洞室工程的设计由以经验为主上升到以理性分析为主,本文应用奥地利大型有限元分析系统FINAL对诸如围岩类型、原岩构造应力场、洞室埋深、洞室跨度和洞室高跨比等因素对城门洞型洞室围岩—支护系统的影响进行了系统的数值仿真试验研究。并与紫坪铺工程导流洞的现场监测资料进行了详细的对比,为本文结果直接应用于工程设计提供了可靠的保障。 本文通过数值仿真试验验证了原岩构造应力场、洞室埋深、洞室跨度和洞室高跨比对围岩二次应力场、围岩位移场、围岩塑性区、喷层轴力和变形等影响的定性规律,分析出了洞室顶拱、拱腰和侧墙中点三个关键部位的围岩应力、洞壁位移、喷层特征截面应力以及锚杆轴力等指标与这些因素之间关系的量化规律,同时对比了这些规律在不同围岩中的差异。还在一定程度上评价了传统设计方法和工程类比法的适用范围。最后,对比现场监测与仿真试验结果发现:两者的洞壁位移量比较接近,洞壁位移变化规律一致,位移均随埋深的增加而增大且围岩愈差增加愈烈等。说明了数值仿真试验结果的合理性与适用性。


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