隧道洞口段边坡和支护结构相互作用机理的研究.pdf

摘要隧道洞口段包括洞门、边坡以及洞门附近的一段隧道,联系着洞门、隧道衬砌和路堑及边坡,是整个隧道的重要组成部分。洞口段的设计和施工一直是隧道工程中难点之一,由于洞口段的围岩稳定性较差及浅埋等不利条件,而且它作为道路畅通的咽喉,在抗震救灾中显得异常重要,隧道洞口段的安全问题不容忽视。隧道洞口段病害原因多种多样,对于运营隧道,边仰坡与隧道洞门及衬砌的相互作用是引起洞口段病害的重要原因。目前国内外针对洞口段的研究及可参考的研究成果和文献较少,相关的研究都是针对某个工程或某个阶段进行模拟,没有综合考虑各种因素的组合情况,我国从50年代编制隧道设计标准起,一直近似采用条分法设计和考虑施工,对洞口段的设计理论及计算方法缺乏针对其三维的特点,较少从力学机理上进行研究。基于上述原因,为进一步研究隧道洞口段的变形与稳定及相互作用的变化规律,本文采用FLAC3D三维实体和接触面单元对隧道洞口段各构件之间的施工过程及相互作用机理进行了数值模拟,并结合理论分析做了如下工作: (1)根据《公路隧道设计规范JTG D70-2004}的标准图及相关构造要求建立分析模型,编制FLAC3D的分析及后处理程序。(2)考虑了隧道衬砌与土体、洞门墙与土体、洞门与衬砌、衬砌及洞门与边仰坡之间的相互影响,就相关力学参数的变化和分布规律进行分析并对其变化曲线进行拟合。(3)提出相关力学参数变化规律的近似计算公式,并与离心模型实验结果进行比较,分析模拟实验的合理性。研究结果表明:隧道的开挖对仰坡的稳定性产生不利影响,改变隧道开挖范围内坡体滑动带(面)的方向,使滑体对洞门产生推力,对洞口段衬砌产生压力及剪切力:仰坡滑移带对洞口段衬砌有一定斜剪作用,对隧道衬砌的变形及受力产生不利的影响:衬砌的存在改变了仰坡原始的滑移方向,使洞门墙受到了推力作用,致使墙后土压力方向并非完全水平,最大值也并非出现在按库仑理论计算的墙高1/3处,需要提高洞门墙的抗倾覆稳定性;采用FLAC3D分析软件三维模拟辅助设计与施工,可以使洞口段受力状态更加直观,对于隧道洞口段结构的设计与整体稳定性分析有着理论指导作用:本文的研究成果及对模拟结果的后处理方法及分析思路对今后的相关数值模拟分析及其他相关研究具有一定的参考价值。关键词:FLAC3D;隧道工程;洞口段结构;主动土压力;相互作用机理 Abstract The tunnel entrance included thedoor,the slope and tunnel near the theimportant part ofthe tunnelandconnected thedoor、liner andcutting a long and construction oftunnel entrance was one ofdi伍culties in tothepoor stability and shallow burialofRlnnel entrance and it iS aclear road by thethroatandlookedveryimportant inearthquake relief,the securityproblem could disease oftunnelcaused bymany,but foroperational tunnel theimportant reasonsfor the disease istheinteraction bet、Ⅳeen slope witIlthe doorand relevant research and literature about tunnel entrance very less orbased on aproject or aphase iS totouchand prehensive consideration tovarious from theestablishmentof thetunnel design standards,have beennearlyused slicemethod,the design and construction less outofthemechanism andthreedimensions. For the above reasons,for furtherstudy ofthe tunnel entrances stable and interaction with thelaw,this paper uses f