初探隧道内部能量的计算方法

前言：本站为你精心整理了初探隧道内部能量的计算方法范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

1计算模型的建立

采用FLAC3D三维计算软件，数值模型横向120m，隧道中心到底部边界选取40m，共有124800个节点，128979个单元，前、后、左、右及下边界均为法向位移约束，上边界采用应力边界，三维整体网格见图6。2．2计算参数根据隧道地质勘察报告和现行规范，按抗弯刚度等效原则，将支护的网喷混凝土和钢拱架作为一个等效体，并采用三维实体单元进行模拟，围岩与初期支护具体参数如表3所示，选用Mohr－Coulomb弹塑性本构模型。地应力选取断面处埋深400m。根据现场实测，隧道中心水头高度150m。地应力与水头以梯度形式向四周围岩变化分布。中风化岩渗透系数为2×10－7m·s－1，从现场开挖实际出发，断层水平(横向、纵向)渗透系数与中风化岩渗透系数相同，竖向渗透性大于水平渗透性，竖向渗透系数为1×10－6m·s－1，支护渗透系数为1×10－8m·s－1。

2空隙水压特征

随着掌子面推进，待开挖核心土和边墙围岩出现高水压积聚现象，其中掌子面前方比较显著，易引起围岩塑性化和失稳。随着掌子面推进，目标面空隙水压所示。可以看出，掌子面前方均出现高水压积聚现象，其中中风化岩与断层分界面峰值水压为1．11MPa，位置在掌子面前方12m左右(约1D)。断层掌子面前方待开挖核心土体的水压峰值为1．15MPa，位置在掌子面前方20m左右(约1．5D)。因此，建议进行掌子面超前排水，以便释能降压，降低其峰值，其有效超前排水距离应不少于水压峰值出现位置。可采用释能降压原理，释放掌子面前方所存储的能量，降低水土压力对隧道的稳定性影响，排水压力差形成的塑性区贯通，规避施工及运营过程中潜在风险。

3掌子面核心土能量

根据力学原理，应变能密度为．其中，v岩体泊松比，σi(i=1，2，3)为主应力。以目标面为例，掌子面前方待开挖核心土能量密度分布曲线所示。掌子面深部围岩能量密度出现先增大再减小趋势，峰值位置为掌子面失稳的潜在区域，孕育岩体失稳关键要素。中风化岩与断层分界面峰值为86．9kJ·m－3，位于掌子面前方约12m。断层中间位置的能量密度峰值相对较大，为79．5kJ·m－3，也位于掌子面前方12m左右。因此建议掌子面进行超前预加固，其有效范围为前方12m，即一倍洞跨。

作者：胡磊单位：陕西煤矿钻洞企业