基于收敛-约束法的软岩隧道初支时机估算——以义永公路枫坑隧道为例

合理确定支护施作时机,是确保围岩-支护结构体系共同响应的基础。通过对Unlu和Gercek推导的围岩纵向变形曲线方程(位移释放系数)研究,在综合考虑泊松比和弹性模量以及黏聚力、内摩擦角、爆破参数等提出优化改进;并运用FLAC3D分析改进围岩纵向变形曲线方程的合理性和有效性。结果表明:围岩纵向变形曲线方程与弹性模量以及黏聚力、内摩擦角呈非线性正比关系,与爆破参数呈非线性反比关系;通过对比现场监测数据与理论计算数据发现Unlu和Gercek推导围岩纵向变形曲线方程在x≥0段偏差较大,提出增加“扩大收敛函数”提高其精度,相关系数由原来的R^(2)=0.8,提高到R^(2)=0.97;而且改进后的围岩纵向变形曲线方程与数值模拟结果能更好地相吻合,进一步证实改进后的围岩纵向变形曲线方程更具有合理性和实用性;提出围岩位移增量出现陡增点时的位移释放系数值为施加支护的最佳时机,得出Ⅲ级围岩在长台阶法施工施作时,距掌子面x=2.45 m处开始施作支护为最佳,Ⅳ级围岩在采用CRD(Cross Diaphragm)工法施作时,距掌子面x=1.75 m处开始施作支护为最佳。

LDP曲线数值求解中波浪形发展问题的解决

围岩纵剖面变形曲线(LDP,longitudinal displacement profile)是采用收敛-约束法进行地下洞室围岩支护设计的基础,针对数值模拟求解LDP曲线时存在的曲线形态波浪形发展变化所带来的围岩收敛位移难以准确把握的问题,从开挖步长与剖分精度的角度对解决这一问题进行了研究,同时分析了岩体开挖模拟方法、岩体自重设置对于围岩收敛变形的影响。结果表明:开挖步长对于围岩纵向变形曲线形态具有较大影响,选择不合适时会存在明显波浪形变化问题,求解LDP曲线时开挖步选择需要与数值计算网格剖分精度紧密结合;岩体开挖的模拟方式对于LDP曲线形态无影响,但对于围岩真实收敛位移具有较大影响;岩体自重对LDP曲线形态及围岩最终位移基本无影响。在求解实际工程LDP曲线时建议采用与网格剖分长度相等的开挖步长,此时对于LDP曲线形态及收敛绝对量值均无影响。研究成果可为地下洞室支护设计中围岩纵剖面曲线的求解提供一定的借鉴和参考。