多隧道开挖诱发山体变形与应力数值模拟

摘要

为了研究多隧道开挖过程中山体变形规律,借助有限元软件COMSOL Multiphysics建立了多隧道的二维模型,采用弹塑性方法及Drucker-Prager屈服准则。对多隧道穿越山体的情况下进行数值模拟分析,首先研究了隧道开挖前土体的应力状态;然后,进一步研究隧道开挖后土体的弹塑性行为。模拟过程中,将第一步中的土体当作弹性土,在第二步中加入土的塑性材料模型Drucker-Prager。在二维平面应变下求解,得到了隧道开挖应力主要集中在洞口周围,造成的土体变形主要位于隧道上方和左右两侧,变形主要以竖向地表沉降为主,关于隧道轴线对称两侧水平与竖直方向的变形规律相同。模拟结果表明隧道周围塑性区域的地表沉降和宽度,是预测开挖过程中加固材料用量的重要参数。