深埋隧道侧导坑法施工对隧道压力拱的影响规律

通过分析隧道侧导坑法施工过程中引起围岩的应力重分布的规律,研究隧道压力拱的动态变化,探究侧导坑法施工对隧道压力拱的影响规律,得出:隧道侧导坑法开挖时,上部压力拱的内外界随导坑宽度的增大而增大,侧向压力拱的内界随侧导坑宽度的增大而减小,侧向压力拱的外界基本保持不变;而侧导坑开挖后,压力拱的分布范围受侧导坑宽度的影响较大,侧导坑宽度对最终压力拱不产生影响。研究成果为隧道施工选择侧导坑法时提供理论基础和方法依据。

基于离散-连续耦合方法的隧道压力拱特性研究

隧道压力拱问题一直是隧道工程研究的关键问题,目前常用的连续介质数值模拟方法对于隧道压力拱特性的微观研究有所欠缺,而擅长微观力学研究的离散元数值模拟方法对计算机存储空间和计算时间的要求太高。基于现有离散-连续耦合思路,通过力的传递实现离散-连续模型的耦合;研究了耦合算法中的平均应力计算方法、平均应力计算区域面积及耦合程序遍历颗粒方法;基于自行开发优化的离散-连续耦合程序,模拟了隧道开挖后的围岩受力特性,研究了隧道压力拱形成机理及压力拱特性;计算了埋深分别为10 m,14 m,18 m,22 m,26 m,30 m和34 m情况下的隧道开挖产生的压力拱应力集中等效区域,揭示了隧道压力拱随着隧道埋深的变化规律。研究结果表明,自行开发优化的离散-连续耦合程序能在保证计算精度的前提下,充分发挥离散元方法在微观力学研究方面的优势;隧道开挖后,开挖面周边范围出现层状压力环,但在拱顶和仰拱底附近区域的围岩压力环的环间接触力降低,围岩承载能力急剧降低,形成压力拱;随着隧道埋深的增加,隧道压力拱应力集中等效区域减小,隧道周边围岩的压力拱承载能力越来越大;但当隧道埋深达到一定界限后,隧道压力拱高度趋于稳定。

深埋隧道台阶法施工围岩压力拱的变化规律

通过分析隧道台阶法施工过程中围岩应力重分布的规律,研究压力拱的动态变化,得出:两台阶法临时和最终上部压力拱的厚度均较相应侧压力拱大,但坐标轴上最大应力相对增量均相应较小;两台阶法临时上部压力拱向隧道壁移动而临时侧压力拱远离隧道壁移动形成相应最终压力拱,而最终压力拱厚度和坐标轴上最大应力均较大;两台阶法中随上台阶高度的增大,临时上部压力拱逐渐向隧道壁移动并趋于稳定,而临时侧压力拱逐渐远离隧道壁并趋于稳定,临时压力拱厚度均先增大后趋于稳定,坐标轴上最大应力均逐渐增大;台阶数量不影响最终压力拱。