高地应力条件下隧道大变形的数值模拟分析.pdf

第19 卷　增刊 ( ) 岩石力学与工程学报 19 增 : 957～ 960 2000 年 6 月 Ch inese J ou rna l of R ock M echan ics and E ng ineering J une, 2000 高地应力条件下隧道大变形的数值模拟分析 张志强　郑鸿泰 ( 西南交通大学土木工程学院　成都　610031) 摘要　基于陈至达提出的大变形问题基础理论, 指出了以传统小变形理论研究软弱围岩隧道大变形问题存在的弊 端。运用非线性数值模拟大变形的手段, 针对二郎山公路隧道在高地应力条件下软弱围岩的大变形进行了研究, 进 而探讨了大变形破坏的本质问题。 关键词　大变形, 高地应力条件, 软弱围岩, 非线性 分类号　 454　　　　文献标识码　 　　　　文章编号(2000) 增0957 04 TU A 工中, 也是屡见不鲜的。如日本的惠那山(Enasan) 公 1　引　言 路隧道, 奥地利的陶恩 (T auern ) 隧道、阿尔贝格 (A rlberg) 隧道等都是典型的工程事例。然而, 面对 高地应力对岩体工程的影响是显著的, 尤其对 如此众多频频发生的大变形灾害, 目前的研究显得 于穿越大埋深的软弱围岩地下工程, 如深埋采矿巷 较为贫乏, 在治理上消极被动, 办法不多, 甚至在相 道、铁路和公路隧道等。随着我国铁路、公路建设的 当程度上可以说是“空白”。因为仅仅靠归纳、总结以 不断发展, 隧道工程已经向长大、深埋方向发展。因 及采取工程类比的方法是远远不够的; 在理论方面, 此, 近几年来, 穿越高地应力区且工程地质环境恶劣 [ 2 ] 以小变形理论为基础的分析, 是很不恰当的 。对于 的软弱围岩长大隧道工程不断涌现, 如青藏线 4. 0 经典的小变形理论, 文[ 3 ] 已经指出它的适用范围: km 长的关角隧道、宝中线 3. 136 km 长的大寨岭隧 不但要求形状改变微小, 同时要求转动角也很小。这 道及 1. 904 km 长的堡子梁隧道、南昆线 4. 99 km 长 显然不适合描述软弱围岩隧道在高或极高地应力条 的穿越煤系地层的家竹箐铁路隧道、在建的川藏线 件下所发生的“大”变形行为。事实上, 采用经典小变 4. 476 km 长的二郎山公路隧道以及渝长线 4. 7 km 形理论来研究变形体的“大”变形行为, 不仅几何方 长的华蓥山公路隧道等均出现了不同程度的围岩大 程是不合理的, 而且也违反了能量守恒定律。 变形问题, 给施工设计造成了难题。以家竹箐隧道为 “小变形”与“大变形”的区别不仅仅是“变形”量 [ 1 ] 例 , 1996 年 9 月 19 日《人民日报》称它为“亚洲最 值大小的差异, 它们之间的差别是“包含几何方程差 高瓦斯和世界罕见高地应力的隧道”。隧道于 1992