地铁隧道支护系统的数值模拟研究.doc
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地铁隧道支护系统的数值模拟研究 ，该论文关于理工,建筑,道路,桥梁,公路,机械。经人工挑选。
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地铁隧道支护系统的数值模拟研究 摘 要:对CRD工法和短台阶施工法这两种较为常用的施工形式及其所采用的支护方式用FLAC进行了数值模拟,分析不同的支护参数对隧道周边应力场和位移场的影响,得出了有关塑性区分布与支护方式之间的关系,并对各类支护方式进行了比较与分析。
关键词:地铁隧道;FLAC;数值模拟1 引言 广州地铁地处珠江三角洲地区,隧道所在地层软硬程度不一,其物理力学性能参数比较离散,而且地下水丰富。
地层上部为
第四系海陆交替相沉积及河流冲积等土层包括松散的人工填土层、淤泥以及淤泥质土层和冲～洪积土层。
下赋岩层却为强度和硬度都较大的花岗岩,包括全风化带、强风化带以及中风化和微风化带,特点就是岩质坚硬。
总之,地铁三号线沿线各段的地质条件差别较大,有的地段处于软土地层中,而有的地段处于半土半岩的地层中,且岩石的强度还很大。
在这样的地层中进行隧道的施工是比较困难的,尤其是其支护的形式要不断地根据周围的围岩状况进行调整。
具体施工时虽然强化了监控量测的作用,以测量的结果随时修正各类参数,但基本上还是沿袭了初步设计里面的相关内容,并没有从实质上真正根据量测的数据来采取相应合理的支护形式,也就是说整个区间隧道基本上就采用了一种或两种支护方案,这显然不能满足隧道周边围岩变化多端的要求。
本文的主要内容是针对某一围岩情况,模拟不同的支护形式和支护参数,分析其对隧道周边位移和应力场的影响,寻找一种合理的支护方式来满足地铁隧道关于安全性和耐久性的要求。
2 模型建立 2.1 计算软件 针对隧道的某一横断面,轴向影响可以忽略不计,可看做是一平面应变问题,在本文中选择FLAC22D差分计算程序作为模型分析软件。
该程序采用拉格郎日元法,利用节点位移连续条件,对连续介质进行大变形计算与分析。
在计算过程中将计算区域划分为若干网格(单元),每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系。
在求解大变形时,因为每一时步的变形很小,可近似采用小变形的本构关系和一些理论与定理,最后将各时步的变形叠加,即得到大变形的结果。
FLAC提供了多种弹塑性材料本构模型,可对弹性模型、摩尔-库仑模型、砌体节理模型、应变软化和强化等多种材料进行模型,利用空单元来模拟地下开挖;有静力、动力、蠕变、渗流、温度等计算模式,并且各种模式之间可以相互耦合,以用来模拟各种复杂的岩土和土木工程问题。
可模拟地应力场的生成、边坡或地下洞室的开挖、混凝土衬砌、锚杆或锚索的设置、地下渗流等。
程序内还设置了多种结构形式,如岩体、土体等其他材料实体,梁、柱、壳以及人工结构,如支护、衬砌、锚杆、锚索、摩擦桩、板桩等。
其中的压杆梁单元,可用来模拟地面开挖时的撑杆以及巷道工程中的混凝土衬砌;锚杆单元则可以是定点锚固,也可以沿全长砂浆锚固,还可用于模拟预应力锚索等拉张或压力作用的支护构件。
2.2 网格划分与边界条件
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