FLAC-数值模拟分析

工程概况研究此段为中条ftK9+450～K10+560540m，主要由太古界涑水群表壳岩组合解州片麻岩（Hgn）地层组成，构成中条ft隧道50ｏ～70ｏAK9+900～AK10+000段为区域性断层影响段，此断层为破碎岩石组施工时易引起坍塌。此段同时也是中条ft北侧泉水主要涌出段，水文情况复杂。总体评价，本段工程地质条件差。FLAC3DYK10+100～YK10+180段。V505～512m，为断层，附近太古界涑水群花岗SVc2-2所示。图2-2 SVc型隧道断面图SVcV4m5m5m3m，0ｏ～5ｏ775cm，每榀钢拱架之间采用φ221.0m；55m5（纵）0（环，与钢拱架交错布置；喷C2526cm。二次衬砌和仰拱均为C30钢筋混凝土50cm。数值计算模型根据中条ftYK10+100～YK10+160FLAC3D进行建模分析。对于全断面法、预留核心土法、台阶法，由于整个隧道模型左右对称，为减少计算量，可取隧道模型的一半计算，隧道的计算模型I如图2-3所示。ZY X图2-3 计算模型I示意图xyz60m60m140m10912个节点，9360个实体单元。对于单侧壁导坑法，由于整个隧道模型左右不对称，可取隧道模型的一半计算，隧道的计算模型II如图2-4所示。x、y、z120m、60m140m。模型的表面为自由边25637点，23220个实体单元。ZY X图2-4 计算模型II示意图FLAC3DVFLAC3D软件内置的壳单元（shell）进行模拟，系统锚杆和锁脚锚杆均分别采用锚索单元（cable）和桩单元（pile）进行模拟，超前导管采用桩单元（pile）2-1。数值计算说明500m，假设地应力场仅考虑自重应力场，则按照等效方法在模型顶部竖直方向应施加的垂直向应力为500m，假设地应力场仅考虑自重应力场，则按照等效方法在模型顶部竖直方向应施加的垂直向应力为z=2650×9.8×420=10.91MPa。地应力平衡后，FLAC3D 3.00Step17407ModelPerspective8:1:1oDc1×80a，隧道中心垂直向应力=z zX:3.000e+001 X: 0×8ne:ottiX:3.000e+001 X: Y:3.000e+00156:100e+001Dist:4.171e+002

Y: 0.000Z:40.000Mag.: 1Ang.:22.500ContourofSZZMagfac=0.000e+000GradientCalculation-1.3537e+007to-1.3500e+007-1.3500e+007to-1.3000e+007-1.3000e+007to-1.2500e+007-1.2500e+007to-1.2000e+007-1.2000e+007to-1.1500e+007-1.1500e+007to-1.1000e+007-1.1000e+007to-1.0500e+007-1.0500e+007to-1.0000e+007-1.0000e+007to-1.0000e+007Interval=5.0e+005ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSA图2-5模型Ⅰ平衡地应力后垂直向应力分布云图（单位：Pa）2m2m3030步时，隧道模型即贯穿。表2-1材料参数汇总表材料密度弹性模量泊松比黏聚力（MPa）内摩擦角（kg/m3）（GPa）(°)V级围岩265050.40.08538初衬2438.730.110.2————二次衬砌2500300.2————系统锚杆247992.1——————锁脚锚杆254968.6——————超前导管254968.6——————和钢筋网的弹性模量折算给混凝土，其计算方法为：EE

AEg

（2-1）18:57:44MonDec052011Center: Rotation:X:18:57:44MonDec052011Center: Rotation:X:1.332e+001 X: 0.000Y:3.882e+001 Y: 0.000Z:1.000e+001 Z:Dist:4.371e+002Mag.: 1Ang.:22.500ContourofSZZMagfac=0.000e+000GradientCalculation-1.4403e+007to-1.4000e+007-1.4000e+007to-1.3500e+007-1.3500e+007to-1.3000e+007-1.3000e+007to-1.2500e+007-1.2500e+007to-1.2000e+007-1.2000e+007to-1.1500e+007-1.1500e+007to-1.1000e+007-1.1000e+007to-1.0500e+007-1.0500e+007to-1.0092e+007Interval=5.0e+005ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSA图2-6模型Ⅱ平衡地应力后垂直向应力分布云图（单位：Pa）c式中：——折算后的混凝土弹性模量（；cE0——原混凝土的弹性模量（；Ag——初期支护钢拱架的截面积m2；Eg——初期支护钢拱架的弹性模量A——混凝土的截面积（m2。c算方法如下：（2-2）E——折算后的锚杆弹性模量（；E1——水泥砂浆弹性模量E2——钢管弹性模量（；A——锚杆截面积（m2；1A——水泥砂浆截面积（m2；12A——钢材截面积（m；2

EAEA11

EA2 2（8）]曾建议提出“反转应力释放法a曾提出由挖去单元所产生的释放荷载节点力ManaClough[57]0，其为开挖掉的与之相连单元贡献的力的矢量0。此时再通过计算得出新的位移场和应力场。再进行下一步开挖计算。在此处的三维模型模拟当中，由于考虑到隧道开挖的时空效应，同时考虑到80%10%10%的不平衡力。在模型顶部施加等效应力，平衡地应力；在模型顶部施加等效应力，平衡地应力；1时步，记录此时开挖边界节点10%3000时步，隧道最大不平衡力很小