基于3DEC节理岩体隧道开挖与支护的数值模拟

2021-05-07何明卫祝方才邬明亮刘思远

湖南工业大学学报 2021年3期

周斌，何明卫，祝方才，邬明亮，刘思远，过江

（1.湖南工业大学土木工程学院，湖南株洲 412007；2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410012）

0 引言

近十几年来，随着国民经济的稳步增长和工程技术的不断进步，大型山岭隧道、水工隧道和矿山巷道建设均取得了突破性成果[1-3]。但是，隧道工程往往会穿越发育良好的节理裂隙岩体地区，由于节理裂隙岩体等复杂结构面的存在，使得在此类岩体中进行隧道开挖的难度极大。在开挖失去完整性、整体强度和自稳能力的岩体隧道时，特别容易发生结构失稳、坍塌等安全事故。

已有研究表明，对节理裂隙岩体隧道围岩的变形及稳定性影响较大的因素，主要有隧道上覆岩层的厚度[4]、节理面的特征[5]、施工技术[6]和支护手段[7]等。目前，研究此类问题的学者和工程人员，常用有限单元法、有限差分法和离散单元法等方法对隧道、巷道等地下工程的稳定性进行分析[8-9]，且发现对于含有复杂结构面的地下工程，采用离散单元法更能模拟岩体的真实情况[10-11]。因此，本研究拟以国内某山岭高速公路隧道为研究对象，基于离散单元3DEC软件，考虑裂隙水压力的作用，建立节理裂隙岩体隧道的开挖与支护模型，并在有无裂隙水两种工况下，分别分析了隧道在开挖与支护过程中岩体及节理的响应情况，以期为今后研究节理岩体等相关问题提供有益的参考。