考虑纵坡的隧道掌子面稳定性上限有限元分析

Finite Element Analsis for Stability Limit of Tunnel Face Considering Longitudinal Slope

针对存在纵坡条件下的隧道掌子面稳定性和失稳破坏问题,采用高阶塑性变形单元上限有限元法开展多参数影响正交计算分析,获得临界加载系数Ncr上限解图表与拟合公式及以耗散能密度表征的破坏模式规律。研究表明:①纵向坡度对掌子面稳定性有不可忽视的影响,上坡(坡度角θ=10°)方向对应Ncr值小于平坡条件下4.5%~23.1%,内摩擦角φ越大相对降低量越大;②Ncr随φ增加而逐渐增大,φ较大时需考虑剪胀效应对稳定性的影响;③失稳临界状态发生时隧道掌子面由两条主要剪切带、三角形刚性运动楔形区和前方塑性区组成,上坡条件下(θ=10°)剪切带和塑性区旋转,剪切带与塑性区路径、范围减小,从而掌子面稳定性变差。