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基于有限元分析的高地应力软岩隧道蠕变特性研究-路基工程
王明年,等:基于有限元分析的高地应力软岩隧道蠕变特性研究 ·173·
DOI:10.13379/j.issn.10038825.2017.03.36
基于有限元分析的高地应力软岩隧道蠕变特性研究
1,2 1,2 1,2 3 3
王明年 ,李 炬 ,于 丽 ,谭永杰 ,孙其清
(1.西南交通大学土木工程学院,成都 610031;2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,成都 610031;
3.中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)
摘 要:高地应力软岩隧道变形量大,变形时间长,蠕变效应显著,给隧道的设计、施工和运
营带来巨大的挑战,运用数值模拟的方法,深入研究了拟建川藏铁路康定至林芝段二郎山隧道蠕变
特性。结果表明:隧道的埋深越大,围岩初期的变形速率越大,隧道围岩在开挖完成后2~3个月变
形趋于稳定,在埋深为1500m和2000m时,开挖完成后180天,隧道围岩有加速蠕变的趋势。
关键词:软岩隧道;高地应力;大变形;数值模拟;蠕变
中图分类号:P58832 文献标志码:A 文章编号:1003-8825(2017)03-0173-05
0 引言 甚至坍塌破坏,严重威胁隧道的运营安全[5-9]。本
软弱围岩不仅初期的变形速度快,而且持续时 文采用数值模拟的方法,根据二郎山隧道相关地质
[1]
间长,具有明显的流变特征 。众多研究表明,软 资料,分析二郎山隧道软岩蠕变特性,为工程的设
弱围岩隧道开挖后很长一段时间内,支护或衬砌上 计提供参考。
的压力一直在变化,这可解释为软弱围岩蠕变的结
[2-3]
果 。由于蠕变效应产生持续时间较长的变形, 1 模型理论
[4]
将影响隧道的正常运营乃至安全 。 本次计算的本构模型采用Burgers模型,Burgers
拟建川藏铁路康定至林芝段二郎山隧道位于四川 模型是由马克思威尔模型(M体)与开尔文模型(K
省雅安市天全县,全长18116m,最大埋深2070m。 体)串联组合的结构模型,见图1。该模型具有与试
[10]
二郎山隧道经过区域的软岩包括页岩、云母质粉砂 验较高的拟合程度,已获得较广泛的应用 。
岩、糜棱岩和炭质泥岩等。其中,中等大变形段的长
度为1090m,严重大变形段的长度为485m。
二郎山隧道区域高地应力量级和埋深关系,见
表1。
表1 最大主应力量级和埋深关系
图1 Burgers结构模型
埋深/m 主应力量级/MPa
500 15~20 基于连续介质模型,Burgers模型的本构方程为
η η η ηη ηη
1000 25~35 m k m m k¨ m k¨
+ + = +
σ + + σ σ ηε ε
( E E E)
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