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该文针对在发育有两组互相正交节理组的岩体中的一个隧道开挖,对其进行了尺寸效应的离散元数值模拟。通过应用UDEC离散元程序,在不同开挖尺寸,不同节理倾角,不同节理间距以及相应支护结构作用的情况下,考察了岩体开挖后的变形,位移场,应力场,塑性区分布及支护结构的受力状态,得出了以下认识:
(1)随开挖尺寸的增大,岩体位移和塑性区面也不断增大,拱顶中点的压性主应力也增大,隧道稳定性减弱,表现出明显的尺寸效应。
(2)节理倾角的改变对开挖后的应力重分布有影响;随节理组倾角的变化,一个竖直方向的主应力分布带也逐渐变为两个互相垂直应力分布带;两个主应力分布带的相交区域为应力“真空区”,岩体有塌落趋势;节理组倾角的不同对塑性区发育有影响。
(3)随节理间距增大,开挖后围岩稳定增强,塑性区面积减小。节理间距过大有可能导致落块现象。
(4)支护结构能够影响开挖后的二次应力重分布。支护结构能够改变整个岩体中的应力状态,提高岩体稳定性;支护结构对开挖后的隧道拱部岩体有一个向上的支撑抬升作用,这一支撑抬升作用随开挖尺寸的增大急剧明显;塑性区面积比无支护结构下的明显减小,随开挖尺寸的增大,塑性区面积也增大,但增速明显比无支护结构作用下的要小。
最后,对工程实例——台武铁路大别山隧道二号斜井X2DK0+110-X2DK0+130段进行了数值模拟,对比分析了该段开挖在有无支护结构下的变形特性和受力特性,验证了节理化岩体开挖后支护结构对围岩变形的抑制作用和对应力场的改善作用,具有一定工程意义。
该文属于探索性研究,其成果的正确与否有待评定,希望得出的结论有一定的工程参考价值。