›› 2007, Vol. 28 ›› Issue (12): 2501-2505.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

地下隧洞开挖和支护的三维数值分析计算

肖 明1, 2,叶 超1,傅志浩1   

  1. 1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,430072;2. 湖北省环境岩土工程重点实验室,武汉 430071
  • 收稿日期:2005-09-16 出版日期:2007-12-10 发布日期:2013-10-18
  • 作者简介:肖明,男,1957年出生,教授,主要从事水力发电和地下结构的教学和科研工作
  • 基金资助:

    湖北省环境岩土工程重点实验室开放课题基金资助项目(No. T110304)

Three-dimensional numerical simulation and analysis of excavation and support in underground tunnel

XIAO Ming1, 2, YE Chao1, FU Zhi-hao1   

  1. 1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China; ) (2. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
  • Received:2005-09-16 Online:2007-12-10 Published:2013-10-18

摘要: 根据地下工程锚固支护原理,采用隐含锚杆柱单元的三维有限元和混凝土喷锚支护的三维数值计算方法,对复杂的地下泄洪隧洞的开挖和支护进行了分析计算。该方法不仅能够有效地反映锚杆的长度、密度、倾角对洞室开挖的影响,而且能够较好地模拟钢拱架和锚杆的时间施加效应。由于隐含锚杆柱单元和喷层单元是隐含在岩体单元中的,所以锚杆和喷层单元不受岩体单元划分的影响,能够有效地模拟各种支护方案,加快计算速度,合理反映锚固支护所作用的位置和时间影响。通过对构皮滩泄洪洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了施工开挖的稳定性和锚杆、喷层、钢拱架的支护作用,提出了洞室结构的加固措施,为工程施工开挖提供了有效的设计依据。

关键词: 地下隧洞, 洞室施工, 锚杆支护, 喷锚计算, 三维数值分析

Abstract: With the implicit rock-bolt element adopted, the behavior of underground tunnel excavation and support is analyzed by using three-dimensional computation method, which can reflect the reinforcement effect on surrounding rock with fully-grouted bolt and shotcrete support. The principle of this method is used to establish a fully-grouted rock bolt element model which comprises rock materials and bolt materials. The implicit bolt element and spray layer element, which are implied in the rock element, could be independent of the influence of mesh division, so the mesh generation of the large scale reinforced rock structures becomes relatively convenient and feasible. With this method, the influence of rock-bolt parameters on underground cavity excavation could be effectively reflected; moreover, it is feasible to simulate the time-effect of steel framework and rock-bolt structure. Applying the method mentioned above to the practical engineering, the finite element calculation results preferably reflect the behavior of reinforcement of fractured rock mass with the support of rock bolts, shotcrete and steel framework. An efficient and quick computation method is provided for the design of underground cavity excavation and rock reinforcement.

Key words: underground tunnel, tunnel excavation, anchor supporting, calculating of anchoring and concreting, numerical analysis

中图分类号: 

  • TV692
[1] 胡帅伟, 陈士海, . 爆破振动下围岩支护锚杆动力响应解析解[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 281-287.
[2] 韩昌瑞 ,白世伟 ,王玉朋 ,张东焕,. 层状岩体深埋长隧道锚杆支护优化设计[J]. , 2016, 37(S1): 409-414.
[3] 王 翀 ,刘承论,. 基于3D-FSM的预紧力端锚数值模拟及其多核并行化研究[J]. , 2016, 37(3): 875-882.
[4] 刘晋超 ,熊 根 ,朱 斌 ,应盼盼,. 砂土海床中大直径单桩水平承载与变形特性[J]. , 2015, 36(2): 591-599.
[5] 孟 强,赵洪波,茹忠亮. 锚杆支护圆形隧洞的等效强度参数及可靠性分析[J]. , 2014, 35(S1): 437-442.
[6] 言志信 ,张刘平 ,江 平 ,段 建 ,任志华 , . 锚固上覆红黏土岩体边坡的地震动力响应[J]. , 2014, 35(3): 753-758.
[7] 安关峰,张洪彬,刘添俊. 旋喷群桩复合地基承载特性的数值分析[J]. , 2012, 33(3): 906-912.
[8] 周 勇 ,朱彦鹏. 预应力锚杆柔性支护体系的锚杆抗拔力研究[J]. , 2012, 33(2): 415-421.
[9] 张 农 ,李桂臣 ,阚甲广. 煤巷顶板软弱夹层层位对锚杆支护结构稳定性影响[J]. , 2011, 32(9): 2753-2758.
[10] 佘远国,沈成武. 隧洞工程弹性参数反演的可辨识性及量测优化布置探讨[J]. , 2010, 31(11): 3604-3612.
[11] 戴 俊,郭相参. 煤矿巷道锚杆支护的参数优化[J]. , 2009, 30(S1): 140-143.
[12] 邓宗伟 ,冷伍明 ,饶杨安 ,李志勇 ,岳志平 . 高速公路桥基岸坡稳定性计算分析[J]. , 2008, 29(3): 752-758.
[13] 苏静波,吴 中,施 泉. 地下隧洞结构区间分析的优化方法[J]. , 2007, 28(S1): 455-459.
[14] 张玉军. 非饱和地质体中水-应力耦合二维有限元方法及对锚杆支护的分析[J]. , 2006, 27(2): 233-237.
[15] 李新平 ,宋桂红 ,刘 巍 ,彭元平,. 岩体隧道锚固作用分析[J]. , 2005, 26(S2): 131-135.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 崔皓东,朱岳明. 二滩高拱坝坝基渗流场的反演分析[J]. , 2009, 30(10): 3194 -3199 .
[2] 刘 润,闫 玥,闫澍旺,乔春生. 某码头软黏土岸坡破坏机制分析及重建[J]. , 2009, 30(11): 3417 -3422 .
[3] 王先军,陈明祥,常晓林,周 伟,袁子厚. Drucker-Prager系列屈服准则在稳定分析中的应用研究[J]. , 2009, 30(12): 3733 -3738 .
[4] 杨自友,顾金才,杨本水,陈安敏,徐景茂. 锚杆对围岩的加固效果和动载响应的数值分析[J]. , 2009, 30(9): 2805 -2809 .
[5] 赵洪宝,尹光志,李小双. 烧变后粗砂岩抗拉特性试验研究[J]. , 2010, 31(4): 1143 -1146 .
[6] 张乐文 ,张德永 ,邱道宏. 径向基函数神经网络在地应力场反演中的应用[J]. , 2012, 33(3): 799 -804 .
[7] 李顺群 ,高凌霞 ,柴寿喜. 冻土力学性质影响因素的显著性和交互作用研究[J]. , 2012, 33(4): 1173 -1177 .
[8] 姚 池 ,姜清辉 ,叶祖洋 ,周创兵 . 裂隙网络无压渗流分析的初流量法[J]. , 2012, 33(6): 1896 -1903 .
[9] 刘 杰,李建林,宛良朋,蔡 健,肖 蕾. 基于卸荷和抗震分析理论的大岗山坝肩边坡锚固优化研究[J]. , 2012, 33(S2): 275 -282 .
[10] 罗 刚 ,胡卸文 ,顾成壮 . 强震作用下顺层岩质斜坡动力失稳机制及启动速度研究[J]. , 2013, 34(2): 483 -490 .