基于SPH法的隧道开挖面支护结构坍塌模拟研究

摘要

为了对隧道开挖面失稳坍塌而引发土体大变形的工况进行研究,本文提出了一种基于SPH方法的隧道开挖面坍塌模型。SPH方法是一种拉格朗日无网格方法,在该理论中粒子携带质量、密度和应力张量等场变量,并随物质速度移动。结合室内铝棒试验,将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了提出模型的适用性与准确性。针对不同覆土深度和不同地质条件下隧道开挖面失稳坍塌的工况,本文进行不同覆土深度和不同摩擦角的SPH模拟。结果表明:在相同地质条件下,当隧道覆土深度越大,发生隧道开挖面坍塌时,受到扰动而发生土体大变形的土体范围则会越大;在相同的覆土深度下,当土体的摩擦角越大时,发生土体大变形的土体范围和倒灌入隧道的土体体积越小。