基于MIDAS连拱隧道位移和衬砌受力的研究.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD0 引言连拱隧道因能够极大地缓解交通而被广泛应用,对此学者们进行了大量的研究。左双英等1基于剪切滑移线理论对连拱隧道进行了研究,研究结果表明:喷锚支护使得围岩及地表沉降变小。朱红桃2通过数值模拟对连拱隧道的施工方案进行了研究,研究结果表明:中隔墙能够有效地控制隧道的位移。束永峰等3通过ANSYS对连拱隧道的开挖进行了模拟,模拟结果表明:超挖将导致隧道的沉降变大。杨慧等4对地震作用下的偏压连拱隧道进行了研究,研究结果表明:上覆土层厚度对隧道的应力影响较大。张浩等5利用ABAQUS对下穿隧道的施工方案进行了研究,研究结果表明:采用三台阶法开挖对隧道的扰动最小。韩学礼
2、6通过渗流对隧道应力进行了研究,研究结果表明,中隔墙能够有效地传递应力。胡志平等7对双拱隧道的力学行为进行了模拟,模拟结果表明:施工时隧道拱顶所受的应力出现迅增和稳定两个阶段。李勇森等8通过MIDAS对连拱隧道导致的施工沉降进行了研究,研究结果表明:超前小导管能够保证仰拱处的沉降。本文结合某公路连拱隧道工程,采用 MIDAS/GTS软件,还原隧道开挖的全过程,并对隧道的位移、衬砌的受力进行分析,以便为同类隧道开挖提供参考。1 工程概况公路隧道区域所经过的地层主要为第四系全新统坡积碎石土、三叠系泥岩夹页岩、泥岩夹泥灰岩。隧道区域位于褶皱带,该段因背斜构造影响,岩体小褶曲发育。节理裂隙较发育,局部
3、产状紊乱。本段地表水不发育;地下水主要为基岩裂隙水主要存在于风化裂隙和节理裂隙带,岩溶水赋存于岩溶弱中等发育地带,主要靠大气补给,无侵蚀性。隧道区域岩土体可简单划分为风化土、风化岩和软岩,岩土体的物理力学性质如表1所示。表1 岩土体物理力学参数风化土风化岩软岩重度/(kN/m3)16.219.524.6体积模量/(kN/m3)2.451054.541057.57105剪切模量/kPa1.231053.451056.43105黏聚力/kPa26.334.945.1内摩擦角/2430392 数值模拟数值分析法的核心是对隧道应力-应变关系的研究,该方法还可对隧道变形、塑性区分布和支护结构等进行分析。
4、相较极限平衡法,数值分析法在求解隧道失稳破坏机制复杂、岩土体不连续和大变形问题时的计算精度更高,其计算结果更符合实际。在数值分析法中,MIDAS是数值分析法的代表软件,该软件的优势具体表现在:采用混合离散法模拟材料的塑性破坏和塑性流动,结果准确合理;采用动态方程求解模型,在模拟物理不稳定过程中不存在数值求解障碍;采用显式差分法求解微分方程,计算内存需求小,求解大变形问题方便,适宜微机操作。MIDAS软件凭借在解决岩土体不连续性和大变形问题时的优异表现,辅以实时直观的可视化示图,在隧道工程中应用广泛。2.1 模型参数如图1所示,选择的隧道边界长宽高为120 m收稿日期:2023-11-18作者简
5、介:杨学良(1979),男,山东烟台人,高级工程师,从事公路工程监理工作。基于MIDAS连拱隧道位移和衬砌受力的研究杨学良(烟台市公路事业发展中心,山东 烟台 264003)摘要:针对连拱隧道开挖后位移是否控制在合理范围内,衬砌的受力是否出现应力集中的问题,本文结合某公路连拱隧道开挖工程,利用MIDAS/GTS进行模拟,结果表明:(1)隧道位移主要集中于仰拱正下方,所有位移均控制在合理范围内,通过位移影响线可知,模拟边界选择是合理的;(2)衬砌所受XZ和YZ方向的应力控制在合理范围内,所受的轴力、最大主应力和最小主应力均分布较为均匀,没有出现应力集中现象。由衬砌的受力可知,衬砌的设计和材料是合
6、理的,完全满足工程要求。关键词:连拱隧道;衬砌施工;应力集中中图分类号:U445文献标识码:B177总654期2023年第24期(8月 下)28 m54 m,此边界经过不断试算,任何增加隧道的长宽高,隧道及其周围岩土体的位移和受力均不发生变化,因此可认为此隧道边界是合理的。单洞隧道直径为10 m,间距5 m,风化土、风化岩和软岩均选择三维实体单元,材料均符合mohr弹性模型;隧道混凝土选择C50混凝土、盾构钢选择弹性模型、锚杆选择弹性模型,以上三者的参数弹性模量分别为41.1107、6.851011、5.561011kN/m3,泊 松 比 分 别 为 0.21、0.20 和0.22,容重分别为
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