基于收敛约束法的隧道开挖纵剖面变形曲线研究

收敛约束法是应用于隧道支护设计的一种简化分析方法,纵剖面变形曲线是该分析法的重要曲线。考虑隧道开挖工作面效应和纵剖面变形曲线的关系,进行数值模拟研究,探讨纵剖面变形曲线的影响因素,并与理论公式计算结果进行对比分析。结果表明:隧道纵剖面变形曲线与收敛损失随开挖的变化规律是一致的;弹性条件下隧道的前期位移量为25%~34%,本次模拟结果为32.8%;归一化的纵剖面变形曲线受支护条件影响较大,受埋深、弹模和泊松比影响较小;由二维纵剖面变形曲线的分布,可计算得隧道前期位移量及各个阶段的收敛损失值,了解隧道开挖工作面效应的三维影响,进而能够分析计算隧道围岩结构的应力与位移等变量。

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。