席俊杰

(广东省公路建设有限公司, 广东广州 510600)



基于数值模拟的隧道围岩压力拱分析

席俊杰

(广东省公路建设有限公司, 广东广州 510600)

【摘要】通过数值模拟方法确定了隧道压力拱的边界，并通过有限元软件的钝化和激活功能，实现了在同一模型中对不同覆土埋深隧道的模拟，确定了形成有效压力拱的临界埋深尺寸，为隧道支护结构的设计提供重要的参考。

【关键词】压力拱;数值模拟;临界埋深

1隧道围岩压力拱

隧道开挖中压力拱效应最早的发现者是kovari，但是拱结构效应早在古代已经被运用于土木建筑中，著名的赵州桥就是利用拱受力的原理建造而成[1]。

在20世纪90年代中期，我国科研人员对压力拱的力学机理等进行了一系列研究，中国矿业大学的邹熹正，通过从应力场的角度出发利用数学中的方向导数和梯度，结合绘图方式得到了铅垂应力场梯度场的矢量线，即压力拱线[2]。成都科技大学的吴子树，推导出土中洞室的临界上覆土厚度及最大跨径公式[3]。湘潭矿业学院的李海深，谈了土拱效应的五种理论[4]。河北煤炭科学院的史兴国对围岩松动圈学说进行了系统的总结，其中也着重谈到了压力拱的相关理论[5]。同济大学的齐明山等，以修正的芬纳公式，推导得到围岩塑性区半径的理论计算方法[6]。为压力拱的边界确定提供了一定参考。

随着计算机数值模拟技术的发展，对压力拱的研究也不断深入。中国矿业大学的梁晓丹，通过数值分析方法，探究了围岩中水平应力对压力拱构成的影响[7]。……