重庆主城排水工程过江隧道弹塑性有限元数值分析报告.ppt

　５、基于严格力学理论,确保设计计算科学合理 　　①应采用数值极限分析方法 　　②应考虑施工过程中的时空效应，合理采用初衬前与二衬前的荷载释放系数 　　③应合理采用岩土力学强度参数 　　④ 应采用合理的混凝土　　　值 六、隧洞的设计计算 １初衬视作弹塑性加固圈计算 初衬必须进入塑性状态，应按弹塑性体计算 弯矩图 轴力图 隧洞围岩释放50%荷载后加初衬， 再进行计算求出加初衬后的隧洞安全系数， 初衬安全系数应大于1.2。 初衬设计时混凝土的 值确定： 按计算法或试验法给出相应标号 值， 如 C25混凝土：考虑塑性强度折减 =2.72*0.7=1.90MPa = 53.9*0.9=48.51 当初衬后围岩安全系数大于1.35时，二衬作为安全系数； ２二衬作弹性杆件计算 荷载释放到90%时,加上二衬计算 即二衬承受10%内力，计算围岩与二衬 安全系数 设计要求：初衬后围岩安全系数大于1.2 二衬后围岩安全系数大于1.35 二衬安全系数大于1.4 １计算模型： 按照公路双车道 建立隧洞模型 隧洞总高为9.8米， 跨度为11.6米， 边界范围取8倍洞跨 洞顶以上覆盖层厚度为30米 七 黄土隧洞设计计算算例 计算方案：方案一F=1.24 方案二F=1.38 工况 初衬厚度/(cm) 二衬厚度/(cm) 围岩荷载释放率 施加初衬后荷载释放率 施加二衬后荷载释放率 1 20 无二衬 50% 50% 无二衬 2 30 无二衬 50% 50% 无二衬 3 20 40 50% 40% 10% 4 30 30 50% 40% 10% 5 30 40 50% 40% 10% 工况5隧洞围岩及衬砌安全系数表 工况 初衬 厚度 二衬 厚度 二衬安全系数 二衬围岩安全系数 5 30 40 1.45 1.46 5 91.25 1.46 5 1.55 1.46 5 7.20 1.46 初衬围岩安全系数大于1.35 二衬安全系数大于1.4 轴力图（方案3） 弯矩图（方案3） 围岩应力释放率 施加初衬后应力释放率 施加二衬后应力释放率 位置 弯矩(kN·m) 轴力(kN) 二衬安全系数 50% 40% 10% 拱脚 152 208 0.67 （拉） * * * * * * * 隧洞稳定分析与设计理念 中国人民解放军后勤工程学院 重庆市地质灾害防治工程技术研究中心 教授 郑颖人 有限元极限分析法 经典极限分析法适用工程设计 但要事先知道破坏面，适应性差 有限元法适应性广,但无法算 安全系数 　有限元极限分析法,适用于工程 设计,适应性广，可求破坏状态　 特别适用于岩土工程设计 　（边(滑)坡、地基、隧道） 　　有限元极限分析法的原理 安全系数定义 强度折减安全系数 边坡体的垂直条分法 抗滑力与 土体强度有关 1975年，辛克维兹提出有限元强度折减法： 不断降低岩土C、 值，边降边算，直到破坏，强度降低的倍数就是安全系数 郑颖人发展为有限元极限分析法，破坏面会自动生成，不仅可求安全系数，还可求破坏面。 一、传统隧洞破坏机理（基于松散体理论） 1、深埋隧洞破坏机理 地层形成普氏压力拱,承受压力拱下土体重量 2、浅埋隧洞破坏机理 隧洞上部土体坍塌，存在应力传递 深埋隧洞的压力拱 太沙基浅埋理论 二、现代隧洞破坏机理(基于弹塑性理论) 2004年郑颖人等应用有限元极限分析法求 破 裂 楔 体 拉 布 希 维 兹 楔体 喷混凝土 破裂面 隧洞围岩安全系数 １ 深埋隧洞的模型试验 水泥、石膏、滑石粉的比例为0.2：0.6：0.2 密度 （kpa） E(MPa) C(Kpa) 1.78 342 70 0.32 116 21.8 隧洞跨度8 cm 洞高12 cm 洞深15cm 40×52×15cm 模型尺寸： 隧洞模型 试验方案 方　案 隧洞跨度/cm 侧墙高/cm 拱高/cm 方案一 8 8 2 方案二 8 8 3 方案三 8 8 4 方案四 8 6 4 方案五 8 4 4 模型试验与数值模拟结果对比分析 (a)方案一 (b)方案二 模型试验与数值模拟结果 方 案 侧 墙 高 拱 高 模型 试验 极限 荷载/kN 数值 模拟 极限 荷载/kN 模型试验 数值模拟 破裂面与洞壁 最大距离 一 8 2 62 57 13.4 13.1 二 8 3 59 55 14.3 14.1 三 8 4 56 53 15.6 15.