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文档简介

隧道围岩的收敛约束法基本原理收敛-约束法第二部分第三部分模型及参数第一部分计算结果基本原理

长期以来，作用在支护结构的围岩荷载一直不太明确，原因在于隧道开挖是一个由三维空间与时间组成的四维问题。针对这一复杂问题，有时即使采用三维数值模拟，都难以达到预期效果。然而，使用收敛约束法却成为上述问题分析的有效途径。收敛约束法是近三十年发展起来的一种新兴支护设计方法，与传统的设计方法不同，该方法重点考察的是代表支护约束压力作用下的岩层行为，其基本原则是：支护的设计目的是稳定围岩运动，而不是承受围岩荷载。收敛约束法基本理论的三大组成部分分别是围岩特性曲线、支护特性曲线以及纵断面变形曲线，其中围岩特性曲线表示围岩收敛对支护的需求特性，支护特性曲线表示支护压力对围岩的约束特性，纵断面曲线表示开挖面的空间约束行为。1.1简介1.2收敛-约束法原理隧道开挖过程是一个非常复杂的三维问题。如图1所示，随着隧道工作面的推进(时刻a)，围岩产生塑性变形，由于受到工作面的空间约束作用，A－A断面围岩变形很快趋于稳定，在该位置进行支护时，支护结构承受的压力很小甚至为0;随着工作面继续推进(时刻b)，工作面对A－A断面围岩的约束效应逐渐减小，而支护结构承受的压力逐渐增大，此时围岩与支护结构共同变形。当工作面距离A－A断面围岩较远时(时刻c)，工作面对此不再具有约束限制，支护结构与围岩达到平衡。图1隧道开挖过程中的约束损失试以隧道围岩位移u为横坐标，作用于支护结构上的围岩压力Pi(是指一种等效于工作面约束力的虚拟支撑力)为纵坐标，绘出表示二者关系的曲线，该曲线称为围岩特征曲线，如图2所示。支护结构特征曲线是根据支护结构的刚度K、最大承载力Pmax、最大变形量umax等参数确定，反应了支护结构的应力－应变关系，支护特征曲线的支护压力可表示为:P=K·u

(1)式中K为支护结构刚度，即支护特征曲线的斜率。当uin

＜u＜uel时，支护结构为弹性阶段;当uel

＜u＜umax时，支护结构处于屈服阶段，此时K=0;当u＞umax时，支护系统破坏。图2围岩与支护结构相互作用关系曲线

图5弹塑性模型围岩纵剖面变形曲线图5为采用Hoek－Brown弹性模型计算得到的隧道围岩纵剖面变形曲线，由图可知，采用不同开挖方法所获得的纵剖面变形曲线并不相同，在距离工作面5～20m区域，几种开挖方法的位移量相差较大，而围岩最终位移量都在50m附近趋于稳定，各开挖方式的最终位移量相差较小。模型及参数图3计算模型表1围岩力学参数模型简介：本次建立的是一个简单仿圆形隧道断面的三维平面模型，模型的总长度为42米，总高度25米（以隧道圆心分隔上部13米，下部12米），厚度为1米。隧道开挖半径为3米,衬砌厚度为0.3米，模型为左右对称结构,顶面处

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