基于蒙特卡罗随机节理的岩体洞室初喷加固效果研究.pdfVIP

公路2013年6月第6期 HIGHWAYJun．2013No．6 中图分类号：U455．72 文献标识码：A 文章编号：0451--0712(2013)06--0232--06 基于蒙特卡罗随机节理的 岩体洞室初喷加固效果研究 张乐飞1，杨青松2 (1．浙江交通职业技术学院杭州市311112；2．陕西中交榆佳高速公路公司榆秫市719000) 摘要：岩体中的节理一般是满足一定统计规律的随机网络。利用UDEC实现了蒙特卡罗随机节理网络，在此 基础上考虑了隧道的开挖和初喷加固。设计了未采取初喷加固方案，采取初喷加固时初喷混凝土黏聚力为0．1、0．2、 0．4、0．6、0．8MPa计算方案和初喷混凝土厚度为10、15、20、25、30cm计算方案，计算对比不同工况的塑性区、应力和 监测点位移值，发现：不采取初期衬砌，隧道的破坏形式主要是洞顶掉块；初喷厚度一定时，初喷接触面材料黏聚力越 低块体越易脱落，超过0．4MPa时则围岩稳定；初喷接触面材料强度一定时，初喷厚度对围岩稳定性有影响，存在临 界厚度，过大过小均不利于隧道围岩稳定。这些特征值可以作为同类围岩条件下隧道设计的极限值。 关键词：蒙特卡罗随机节理；岩体洞室；初喷加固机理；UDEC 岩体中节理的存在影响到地下工程的稳定性。 行为：(1)允许个体产生有限位移与旋转，包含个体 现阶段实际工程中，一般先通过地质勘察了解地下 间完全分离；(2)程序在运算的过程中，必须能自动 工程区内的地质情况，但要勘察出每一条节理面产 识别接触点。 状则不太实际。实际岩体中节理的迹长、倾角、倾向 UDEC程序的运算主要是根据牛顿第二运动 等一般都是不规则的，随机的居多。通过统计调查 定律计算块体的运动，由已知的作用力计算完整岩 有限的节理产状，采用蒙特卡罗方法模拟产生岩体 块的运动速度及位移，再配合力一位移定律相互交 中节理的产状及分布，生成随机节理岩体模型，基于 替作用，处理完整岩块及节理面的计算，由所得完整 此进行的相关地下工程研究，更具实用性。这使得 岩块的位移计算出不连续面间的作用力，作为时段 地下工程稳定性研究有了一个新的发展方向[1]。 计算时所需的边界条件。 本文主要研究基于蒙特卡罗随机节理岩体模型 UDEC的计算循环包括两步：一个是对所有的 的洞室开挖后初喷支护的作用效果及机理。 接触面；一个是对所有的块体。完成这两步就构成 了一个计算循环。UDEC使用显式时步算法完成 1 UDEC离散元程序及基础理论简介 块体——接触系统运动方程的积分。它把时步选择 Distinct 最初的离散元程序UDEC(Universal为足够小，以使一个时步中一个块体和它的相邻块 Element Code)，是由Cundall开发的。1971年体之间的干扰不传播。这种解决方法与连续介质的 Cundall针对分析静态的二维的节理岩体提出离散显式有限差分法是相同的。 单元法，然后更进一步于1980结合其他应用程序， 1．1岩块 正式发展出适用于具有不连续面岩体力学行为及动 1．1．1岩块的模拟 假设岩体材料性质可依照完整岩块变形行为有 静态分析能力的UDEC程序瞳_5]。1985年，Cun— dall和Itasca的职员应用UDEC在IBM兼容机上不同选择：(1)刚性块体；(2)可变形块体。 1．1．2岩块材料模型 进行了工程计