三维有限元分析隧道开挖收敛损失与纵剖面变形曲线关系研究

采用实验室研发的三维有限元程序,运用隧道收敛–约束法的分析模式,针对岩体弹性参数、初始应力与隧道径向位移等影响因素,探讨有支撑与无支撑情况下的隧道开挖收敛损失与纵剖面变形曲线关系。采用纵剖面变形曲线的研究结果,并与三维有限元数值计算结果相比较,探讨收敛损失的影响。由隧道收敛–约束法理论分析结果与三维有限元数值计算结果可知:(1)确立隧道开挖收敛损失与纵剖面变形曲线的关系;(2)隧道纵剖面变形曲线的归一化处理方式,可消除岩体参数、初始应力和隧道收敛的位置等因素影响;(3)在弹性条件下,隧道开挖面产生的前期位移量约为最终位移量的25%～36%;(4)由二维纵剖面变形曲线的分布,可计算并获得隧道开挖收敛损失值、了解隧道开挖工作面效应的三维影响,进而能计算分析岩体结构的应力与位移等变化量。

以隧道变形量测资料分析掘进效应与约束损失

收敛–约束法理论为应用于隧道工程支撑设计的简化分析方法,所采用之约束损失更是此分析模式的关键因子。针对约束损失的计算与影响性分析,以隧道工程广泛使用的变形量测收敛资料为依据,以掘进效应函数探讨隧道因前进开挖引致工作面围岩变形与应力变化,并以反计算方法评估约束损失分布情况,进而应用于台湾八卦山公路隧道工程案例分析,以了解实际掘进效应的影响。研究分析结果包含:(1)提出掘进效应函数描述隧道收敛资料与约束损失的关系;(2)说明掘进效应函数的参数适用范围及其物理意义;(3)提出约束损失方程用以预估隧道开挖引致前期与掘进距离的收敛值;(4)反计算方法可以预估约束损失可能的重新分布趋势与前期收敛;(5)掘进效应函数分析结果与三维有限元计算结果相近。

台灣東部鐵路單軌隧道開挖支撐互制行為之探討

為利用收斂圍束法理論及新外顯示分析模式,以台灣東部鐵路變質岩隧道群之收敛計測資料為依據,藉由計測資料回歸分析而獲得相關模式參數,進而模擬變質岩隧道開挖變形行為及岩體結構間之互制行為。介紹了收斂圍束法理論和外顯示分析模式以及台灣東部鐵路單軌隧道群之工程案例分析等,獲得了隧道前期位移量、無支撐距離位移量、岩體彈性模數、結構支撐應力和縱剖面變形曲線等之預估與計算。

隧道开挖支撑收敛约束法之外显分析

收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法,收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法。