土体洞室开挖的力学参数敏感性分析

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ding7881
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由于洞室工程的复杂性,在工程设计中不可能摆脱围岩工程分类的经验方法,但一些地层条件较为简单的土体洞室却能够应用一些更为科学、细致的稳定性分析方法,为洞室设计提供理论支持。本文主要研究围岩土体力学参数对洞室围岩稳定性的影响规律,使其能够更精确的应用在洞室工程设计中,主要有以下几方面内容。1以黄河国家地质博物馆工程为研究背景,以有限差分法为基础,通过应用FLAC3D软件,针对地下洞室开挖过程,建立兼顾时空效应的数值计算模型,并确定了所建立数值计算模型中洞径、弹性模量、内摩擦角、粘聚力为洞室稳定性的影响因素。2通过模拟不同尺寸洞室开挖全过程,采用围岩土体中塑性区大小为判断依据,确定了在未支护情况下,洞室极限开挖半径为2.5m;随着洞室开挖半径增大,围岩中塑性区范围逐渐增大,应力重分布达到稳定过程增长;围岩中水平方向应力不受洞径影响,竖直方向应力随洞径增大而减小,水平方向位移和竖直方向位移随洞径增大而增大,并且其变化量对洞径为不同水平时的变化敏感度不变。3通过模拟弹性模量、内摩擦角、粘聚力规律变化时的洞室开挖全过程。得到当弹性模量增大时,围岩土体中水平方向应力没产生明显变化,竖直方向应力逐渐增大,水平方向位移和竖直方向位移逐渐减小,并且其变化量对弹性模量为较低水平时的变化更为敏感。当内摩擦角逐渐增大时,围岩土体中水平方向应力没产生明显变化,竖直方向应力逐渐增大,水平方向位移和竖直方向位移逐渐减小,并且应力对不同水平内摩擦角的变化敏感度一致,但位移变化量对内摩擦角较低水平时的变化更为敏感。当粘聚力逐渐增大时,围岩土体中水平方向应力没产生明显变化,竖直方向应力逐渐增大,水平方向位移和竖直方向位移逐渐减小,并且竖直方向应力及洞脚、洞壁位置的水平方向位移、竖直方向位移对粘聚力为不同水平时的变化敏感度不变,而洞顶位置的水平方向位移、竖直方向位移对粘聚力为较低水平时的变化更为敏感。4借助系统分析中的敏感性分析方法,对弹性模量、内摩擦角、粘聚力对洞室围岩土体应力、位移的影响程度进行敏感性分析,通过对不同参数敏感度因子的比较,确定了在黄河国家地质博物馆工程中洞室围岩土体应力、位移对影响因素的敏感性排序从大到小依次为:粘聚力、内摩擦角、弹性模量。
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