基于变形控制的隧道围岩安全系数评估

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:polaris20092009
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隧道是交通运输中关键的一环,而多年以来其工程设计却主要依靠工程岩体分级、工程类比等经验和半经验方法来进行。近些年虽然也出现了一些定量评价方法,但在工程实践中的应用依然有不小的提升空间。因此,本文提出一种基于变形控制的隧道围岩稳定性定量评估方法,并分析运用此方法,主要研究工作与结果如下。首先,对强度折减法和使用有限差分方法的FLAC~3 D的数值分析软件的基本原理及进行介绍,并展现了两者的特点。在前人的基础上,本文将这两种方法结合,提出一种基于变形控制的隧道围岩稳定性定量评估方法。其次,通过一个数值算例,进一步阐述了这种方法的机理和具体实现方法,展现了此方法的一些特点。这种方法以隧道洞周达到极限应变作为强度折减法中的极限状态,并在折减岩土体的c、φ值时同比例折减其弹性模量。以这种改进的强度折减法为基础,运用FLAC3D以及其中的FISH语言工具,自编程序代码实现这种方法。并将本方法与其它三种常见判据求得的算例安全系数做出对比,发现本文方法与这三种判据求得结果相比,是偏于保守的,但更加接近真实状况,而使用上较为简便,并且尤其适用于以变形为控制条件的情况。然后,以初期支护后的Ⅱ、Ⅲ级隧道围岩为研究对象,选取合适的影响因素,设计正交试验。试验按围岩等级分为两组,运用本文方法,每组进行32次数值模拟计算,得到试验结果。对结果进行了直观分析和多因素方差分析,定性以及定量分析了在使用本文方法的条件下,各因素对安全系数的影响显著程度。之后,使用回归分析方法,建立了安全系数与各因素之间的量化关系,并对结果进行显著性检验,得到了回归模型较好、回归效果非常显著的结论。后面将极限应变作为一个试验因素的情况进行了进一步探讨,发现其对安全系数的影响性非常显著,在这里也同样进行了回归分析。之后,又除去影响不显著的因素对正交试验结果进行了线性回归分析,这里对考虑极限应变的情况也进行了同样的回归分析,回归效果都比较好,建立了不同条件下安全系数与各因素之间的量化关系。最后,以三个工程实例为研究对象,使用本文方法得到了它们的围岩安全系数,并使用前面得到的不同条件下安全系数与各因素的回归方程式对计算结果进行了预测。根据三个实例计算的结果及其有关分析,可以认为本文方法对于埋深较深的Ⅱ、Ⅲ级隧道比较适用,得到的安全系数基本合理;回归方程对安全系数的预测能力较好,误差在可以接受的范围内,有一定的参考价值。
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