互层岩体隧道开挖之个别元素法探析.pdf

《互层岩体隧道开挖之个别元素法探析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、交通建设童村目曩瞄2012年12月【文章编号】1673-0038(2012)34-0238—02互层岩体隧道开挖之个别元素法探析张忠良(延安新悦交通工程有限公司张勇陕西省延安市716000)摘要：一个城市的经济建设跟它本身的交通发展程度有着很大的关系，交通越是发达的城市经济状况就越是繁荣。相对于很多平原的城市，处于高山环绕的城市经济建设就比较困难，要打通对外的交通道路，隧道是必不可少的。本文以个别元素法作为分析工具，对互层岩体隧道的开挖做一个粗浅的探究。关键词：互层岩体隧道；个别元素法；分析我国由于领土面积相对较大，很多地理情况都比较复杂。我国还有相当的一

2、部分是岩石覆盖的地区，其中少数的岩层因为变成岩石的时间相对来说比较短，所以岩石内部的胶结构造还有压密的程度还在比较粗糙的阶段。除了岩石本身的原因，环境也对岩层有着一定程度的影响，部分岩石处于温湿的气候环境当中如我国台湾西部的麓山带，风化的速度比起其他地方要快上很多，风化加速最后直接对岩层内部的常因胶结产生影响，孔隙率也因此变得偏高，而且岩层的变形性也很大。要对互层岩体进行力学的研究，需要涉及到很多其他的因素，如岩石本身组成材料的各种参考系数，弹性参数、层面倾角还有互层岩体界面的胶结构造程度，这些数值都需要我们能够有一个相对的把握。很多大地工程进行的不顺利，

3、不只因为当前设备技术的制约，还有自然环境的不利影响，如果互层岩体本身组成的材料岩性较为软弱，或者是岩石层面胶结结构不好而层面倾角相对明显等，这些都是自然环境存在的不利因素。1用分别元素法分析的研究方法1．1什么是个别元素法1971年由著名学者Cundall提出了离散元素法这个分析方法，主要是为了解决当时地理工程的难题，既岩石边坡渐进式破坏，对于这个问题使用离散元素法来模拟分析，后来取得了巨大的成果，再接着就在别的领域也发挥了自己的作用，继岩石边坡渐进式破坏的分析之后第一个运用离散元素法进行分析的问题是堆积材料力学行为的模拟。后来随着离散元素法这个理论逐渐成

4、熟，应用的领域越来越广泛，Cundall以离散元素法的理论作为基础，提出了UDEC的二维与三维分析程序，然而随着科技的发展还有面临的问题越来越复杂，UDEC的分析程·238·序已经开始有一些问题是解决不了的了，这个时候就需要对这个理论进行更进一步的拓展。在1995年，PFC的三维分析程序终于被提出来，这也预示着这个理论走到了一个相对成熟的地步。PFC的二维和三维分析程序并不同于UDEC，它并不以多边形块体组合数值来建立模型，而是用圆形或者球形颗粒为基础，对于它的堆栈还有组合建立一个数值模型。1．2对于研究之前的假设要对互层岩体力学行为还有如何才能安全的进行

5、隧道开挖进行全面的掌握，需要使用颗粒流分析软件，目前PFC2D软件是最为先进的，用该软件对互层岩体进行模拟和分析，能够收到事半功倍的效果。精确的模拟颗粒所存在的位移、旋转和分离，虽然这些活动都是非常的有限，但是依旧存在着不少的困难，所以要以个别元素法作为理论的基础，不仅能够满足上面的要求，而且对于在发生运动过程当中进行准确的侦测运算也是有很大的帮助。对于研究前的假设有几点：①互层岩石之间的颗粒是刚体。②颗粒在发生运动的时候，与别的地方接触面积是很小的，基本上可以忽略其接触到的面积。③颗粒在与别的地方发生接触的时候，一般都是以软接触的形式实现，而且能够与相邻

6、之间的刚性颗粒的接触点有重叠的现象。④相邻之间的颗粒会发生重叠，但是决定它们重叠的数量是双方之间的接触力还有接触的劲度。这个假设可以有凭借着力一位移关系的公式计算得到，但是颗粒本身的尺寸却要远远的大于重叠量的尺寸。⑤颗粒之间的接触点有可能会存在一定程度的连结。⑥所有的颗粒没有意外的都应该是圆形状态。这是我方在研究前所提出的所有假设。1．3如何进行对微观参数的选择根据外国著名学者Cundall的相关研究，BPM之所以会发生宏观的变形现象，这是由于颗粒之间所存在2012年12月口El玉]田交通建设●————～一d·U‘n一如上图所示，就是在PFC2D基础上做建

7、立的模型，并且作为二维平面应变问题对待。在该模型当中，我们先对隧道进行一个假设，即隧道是在互层岩体当中进行开挖工程的，而互层之间的厚度均是一定的，我们先假设为4m，这样也比较接近实际，而层面倾角的度数则分别是00、450还有900。隧道当中存在着不少的几何断面路程，这时候我们采用半径为五米的圆形隧道，而且还要在隧道的圆心点与模型的中心点进行对齐，保证隧道的圆心位置能够和模型中心点完美的契合。我们对于颗粒也要进行模拟，一般模拟出来的颗粒粒径最大是0．9m而最小的也有0．7m，这样的模拟颗粒大约是有一万颗左右，模型大小需要有一个限制，我们都是采用刚性墙作为边界

8、，而且该刚性墙是不能有摩擦的特性存在。因为PFC2D是不能够刚性墙