高应力卸压槽深度对隧道围岩卸压效果的离散元ABAQUS数值模拟

为探究高应力环境下隧道开挖卸压槽的卸压效果及其参数优化问题,本研究借助离散元数值模拟软件ABAQUS,对隧道围岩开挖不同卸压槽深度条件下的卸压效果进行全面分析。结果表明,当开挖卸压槽深度较浅(即不超过隧道宽度的5%)时,对隧道围岩应力分布影响有限,开槽点附近位移程度较小,开槽侧隧道底角岩体呈现弹性特征,塑性变化不明显,底板和开槽点位移变化小,但拱腰、仰拱和拱顶位移随开槽深度增加而增大,导致局部应力增大,在开槽点附近区域尤其明显,该区域应力水平提升了约13.29%,对隧道围岩的稳定性不利。随着卸压槽深度增加,应力集中区域向槽端迁移并缩小,弹性状态逐渐过渡到塑性状态,导致永久变形。当开挖卸压槽至隧道宽度的15%时,应力集中区域接近极限,应力卸压幅度接近最大值(卸压应力降幅为97%),并且位移量的增幅还在上升,卸压槽底部部位弹性能量积聚,影响隧道稳定性。侧压系数增加导致应力分布不均,引发应力集中,严重影响结构的稳定性。当侧压系数为2.0时,位移变化和弹性能变化幅度均显著大于侧压系数为1.0时的情况。