基于离散元的卵石围岩隧道力学特征数值模拟研究

摘要

针对在砂卵石围岩中修筑的隧道,利用离散元数值模拟软件研究分析了围岩的力学行为.砂卵石围岩可视为离散颗粒的集合,颗粒微观的力学参数会影响到宏观中围岩的物理力学参数,导致力学行为的变化.根据砂卵石围岩的自身特点,传统的连续介质有限元数值模拟方法不再适用,因此本文利用颗粒离散元数值模拟方法对卵石隧道的力学特性进行计算、分析.计算结果表明:当掌子面支护阻力较低时,掌子面将逐渐失去稳定,拱部出现较大位移,围岩应力松弛.位移将随着时间变化越来越大,最终掌子面坍塌并导致隧道上方围岩坍塌.利用数值模拟计算得到掌子面支护阻力为19.2kPa.针对砂卵石围岩,在进行暗挖施工时应施作超前支护,由于管棚施作的及时性不如超前小导管,因此建议在砂卵石地层暗挖法施工时采用超前小导管注浆加固的预支护措施.颗粒离散元数值模拟方法对于分析砂卵石围岩中地铁隧道的力学特征具有较好的适用性.