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鄂北丘陵岗地区浅埋隧洞劣质围岩支护数值模拟研究
汇报人:
2024-01-25
引言
鄂北丘陵岗地区地质环境分析
浅埋隧洞劣质围岩支护数值模拟方法
劣质围岩支护结构优化设计研究
现场试验与监测数据分析
结论与展望
contents
目
录
01
引言
劣质围岩的支护是隧洞施工中的关键技术之一,其稳定性和安全性直接关系到隧洞工程的成败。
数值模拟方法可有效地模拟隧洞施工过程中的围岩变形和支护结构受力情况,为支护结构的设计和施工提供科学依据。
鄂北丘陵岗地区地质条件复杂,浅埋隧洞施工难度大,支护结构受力复杂,易发生围岩失稳等工程问题。
国内外学者在隧洞施工数值模拟方面开展了大量研究,取得了显著成果,但仍存在一些问题,如对复杂地质条件下的隧洞施工模拟精度不高、计算效率低等。
随着计算机技术的不断发展和数值模拟方法的不断完善,未来隧洞施工数值模拟将更加注重多场耦合效应、精细化建模和高效算法等方面的研究。
02
鄂北丘陵岗地区地质环境分析
地形起伏较大,丘陵岗地分布广泛,海拔高程变化显著。
地表切割强烈,沟壑纵横,地形复杂多变。
局部地区存在陡崖、冲沟等不良地形现象。
岩土体类型多样,包括砂土、碎石土、粘性土等,物理力学性质差异大。
地质构造复杂,断层、褶皱等构造现象发育,对隧洞稳定性影响较大。
局部地区存在软弱夹层、滑坡体等不良地质体,对隧洞施工和运营安全构成威胁。
地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系孔隙水,水位埋深较浅。
水文地质条件受地形地貌、气候、岩性等因素控制,表现出明显的区域性和分带性。
隧洞穿越地区可能存在富水地段,对隧洞施工和支护设计提出更高要求。
鄂北丘陵岗地区位于地震活动相对频繁的区域,地震烈度较高。
地震波对隧洞围岩的稳定性和支护结构的安全性产生显著影响。
在隧洞设计和施工过程中,需要充分考虑地震因素,采取相应的抗震措施。
03
浅埋隧洞劣质围岩支护数值模拟方法
将连续问题离散化,通过求解差分方程得到近似解,适用于复杂地质条件下的隧洞支护模拟。
有限差分法
将结构划分为有限个单元,通过求解单元刚度矩阵和荷载向量得到整体结构的响应,适用于分析隧洞支护结构的应力和变形。
有限元法
将岩体划分为离散块体,通过块体间的相互作用模拟岩体的破裂和失稳过程,适用于研究隧洞围岩的破裂机制。
离散元法
计算模型建立
根据实际地质条件和隧洞支护结构形式,建立三维数值计算模型,包括围岩、支护结构和地下水等。
参数选取
根据地质勘察报告和室内试验结果,确定围岩的物理力学参数(如密度、弹性模量、泊松比、内摩擦角、粘聚力等)以及支护结构的材料参数(如弹性模量、泊松比、屈服强度等)。
根据实际地质条件,设置模型的边界条件,如固定边界、自由边界和对称边界等。
边界条件设置
根据隧洞施工过程和支护结构受力特点,设置模型的加载方式,如重力加载、地应力加载、施工荷载加载等。
加载方式设置
通过数值模拟结果,分析隧洞开挖后围岩的变形规律,包括水平位移、垂直位移和收敛变形等。
围岩变形分析
分析支护结构的受力特点,包括轴力、弯矩和剪力等,评估支护结构的安全性和稳定性。
支护结构受力分析
研究围岩与支护结构之间的相互作用机制,包括接触压力、摩擦力和粘结力等,揭示隧洞支护系统的整体稳定性。
围岩与支护结构相互作用分析
通过改变围岩和支护结构的参数,分析各参数对隧洞支护效果的影响程度,为优化支护设计提供理论依据。
参数敏感性分析
04
劣质围岩支护结构优化设计研究
锚杆支护
优点在于利用围岩自承能力,减小围岩变形,适用于稳定性较好的围岩;缺点在于施工要求高,对围岩完整性有一定要求。
支护结构类型
根据鄂北丘陵岗地区浅埋隧洞的地质条件和工程要求,常见的支护结构类型包括钢拱架支护、喷射混凝土支护、锚杆支护等。
钢拱架支护
优点在于强度高、刚度大、整体性好,适用于大跨度隧洞;缺点在于施工复杂、成本高、对围岩扰动大。
喷射混凝土支护
优点在于施工简便、快速、经济,适用于一般地质条件;缺点在于强度较低、耐久性差,需配合其他支护措施使用。
参数选取原则
根据地质勘察资料、工程类比和数值模拟等方法,综合考虑隧洞跨度、埋深、围岩类别等因素,合理选取支护结构参数。
优化设计方法
采用数值模拟技术对支护结构参数进行敏感性分析,确定关键参数及其影响规律;运用优化算法对关键参数进行优化设计,得到满足工程要求的最优支护结构参数组合。
从安全性、稳定性、经济性等方面出发,选取能够反映支护结构性能的评价指标,如围岩变形量、支护结构应力、成本等。
运用层次分析法等方法确定各评价指标的权重,构建综合评价模型;根据综合评价结果对优化后的支护结构性能进行评价。
评价指标体系构建
评价指标选取
05
现场试验与监测数据分析
试验方案
选取典型断面,设计不同支护方式和参数,进行多组对比试验。
试验目的
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