基于有限元強(qiáng)度折減法的雙孔并行隧道施工模擬及設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)選研究.pdf

1、雙孔并行隧道是城市隧道中大量采用的一種形式，它的主要特點(diǎn)是：埋深淺、圍巖條件差、雙洞間距小、施工造成相互影響。隧道的開(kāi)挖與支護(hù)過(guò)程是動(dòng)態(tài)施工過(guò)程，其應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)等均處于不斷變化之中，通過(guò)對(duì)開(kāi)挖支護(hù)動(dòng)態(tài)施工過(guò)程的仿真模擬，選取合理的施工方案并進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，不僅使隧道滿足安全性、可靠性要求，而且使設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方案更加經(jīng)濟(jì)合理。本文以嵩山雙孔并行小間距淺埋隧道為背景，采用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)隧道的開(kāi)挖和支護(hù)動(dòng)態(tài)施工過(guò)程及設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化等

2、方面進(jìn)行了以下研究工作： 1分析了目前地下工程圍巖穩(wěn)定性判據(jù)存在的問(wèn)題及局限性，從而將極限平衡分析法與有限元法相結(jié)合的有限元強(qiáng)度折減法的安全系數(shù)引入到地下隧洞穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，對(duì)這一方法的基本原理、屈服準(zhǔn)則、安全系數(shù)等進(jìn)行了深入探討。該方法不僅可以評(píng)價(jià)地下工程圍巖的穩(wěn)定性，同時(shí)可以確定圍巖潛在的滑裂面，為確定安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的隧洞間距、開(kāi)挖方案及支護(hù)參數(shù)提供科學(xué)的、切實(shí)可行的理論依據(jù)。 2將有限元強(qiáng)度折減法應(yīng)用于雙孔并行隧

3、道工程，用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算出的安全系數(shù)作為評(píng)價(jià)隧道圍巖穩(wěn)定性的指標(biāo)，借助于ANSYS程序數(shù)值模擬計(jì)算確定嵩山隧道的安全系數(shù)和潛在滑裂面，通過(guò)分析比較確定最優(yōu)開(kāi)挖方案，為隧道工程施工提供理論指導(dǎo)。 3選用等面積圓屈服準(zhǔn)則對(duì)嵩山隧道的開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、塑性區(qū)和支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化規(guī)律，并比較采用不同屈服準(zhǔn)則計(jì)算結(jié)果的差異，證明等面積圓屈服準(zhǔn)則的計(jì)算結(jié)果比較接近工程實(shí)際。 4研究雙孔并行隧道的雙洞間

4、距對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響，根據(jù)不同線間距計(jì)算得到的隧道安全系數(shù)，對(duì)嵩山隧道的線間距進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了最佳、最小線間距，為同類工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 5以有限元強(qiáng)度折減法得到的安全系數(shù)作為隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)錨噴支護(hù)的主要參數(shù)進(jìn)行正交有限元試驗(yàn)分析，選擇最佳的錨噴支護(hù)參數(shù)，并對(duì)雙洞間距和錨噴支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)值模擬，分析表明該方案不僅能夠保證隧道圍巖的穩(wěn)定性，而且與原方案相比可以降低工程造價(jià)，對(duì)類似工程有參考價(jià)值。