锚喷对隧道变形影响的研究

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摘要：采用有限差分软件FLAC3D对隧道进行数值模拟，建立三维有限元分析模型，分别对隧道内壁采用不同厚度的混凝土柔性支护进行模拟，以得到其对隧道稳定性的影响。

关键词：隧道；开挖；监测；数值分析

Abstract: To adopt the finite difference software FLAC3D to do a numerical simulation of the tunnel, and establish three-dimensional finite element analysis model, to Perform simulation for adopting the different thickness flexible support for tunnel wall, to get the tunnel stability.Key words: tunnel; excavation; monitoring; numerical analysis

中图分类号：U45 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-00

1引言

隧道开挖会破坏岩体原有的应力平衡状态，引起岩体的变形，即隧道在开挖过程中产生了应力重分布情况。地下岩土结构的稳定性很大程度上取决于围岩应力重分布情况以及围岩位移随时间的变化情况。隧道围岩的应力重分布及位移变化过程相当复杂，工程地质及水文地质与其关系密切，施工的方法、速度、支护措施和支护时间等在影响围岩应力重分布方面也产生着不容忽视的影响。本文利用FLAC3D软件针对隧道的开挖与支护进行仿真模拟。

2FLAC3D数值模拟

取某隧道YK298+470~YK298+510段为研究对象，围岩岩层为中层灰岩，硬质岩石，属Ⅲ类围岩。此处埋深160m.

FLAC3D是一种用于工程力学计算的显示有限差分程序。这个程序能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析，模拟由土、岩石和其它的在到达屈服极限时会发生塑性流动的材料结构的特性。

根据实际问题的边界，指定沿隧道轴线里程增大方向为Y轴正向，竖直向上为Z轴正向，隧道掘进横断面向右方向为X轴正向，模型范围选取：在x轴方向取100m，竖直Z轴方向取100m，隧道轴线Y轴方向取50m，所选的边界已经超出洞室开挖的影响范围。模型长宽高尺寸为50m×100m×100m。

3数值模拟结果分析

图1隧道网格图

喷射混凝土情形下，用FLAC分别模拟了选用了喷射混凝土厚度为8cm，10cm，12cm的喷层来分析隧道围岩的应力和位移值，具体结果见表1。图2和图3为分析的曲线图。

表1不同喷层厚度对拱顶的影响

图1拱顶竖向位移随喷层厚度变化图

图3拱顶最大竖向应力位移随喷层厚度变化图

从上图可以看出，喷射厚度对围岩的稳定性有一定的影响，12cm的喷层拱顶下沉量最少，较8cm的喷层减少5%。在一定范围内喷射厚度越大，拱顶处围岩承受的应力变大，而相对拱顶竖向位移变小。

4结语

在喷射了混凝土后，隧道的变形值均有明显的减少，说明与隧道内壁紧密接触的薄层混凝土发挥了积极的作用，支护效果非常明显。

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