高地应力隧道岩爆机理数值模拟分析

摘要

高地应力隧道开挖过程中,原本平衡的应力状态因遭到破坏而产生应力集中现象,发生岩爆、片帮等严重的地质灾害.文章依托福建赣龙铁路汀州隧道作为工程案例,利用现有的3D-Sigma软件进行隧道开挖数值模拟分析,以通过水压致裂法获得的地应力数据作为边界条件,基于Hoek-Brown强度准则估算岩体的输入参数,通过数值模拟分析讨论其中应力场的分布及变化规律.结果表明:在隧道开挖过程中,最大水平主应力、剪应力相继会在拱顶、拱肩处形成应力集中区,由此引发岩石脆性破坏.通过对隧道同一横截面上7个典型位置进行模拟监测,发现拱顶、拱肩、拱底等位置处的应力场变化对隧道开挖的敏感性明显,是岩爆易发区.通过数值模拟预测岩爆发生位置与工程实例中实际岩爆发生的位置,二者具有很好的吻合性.因此,通过数值模拟结果分析预测岩爆发生时的变化规律,对预防工程岩爆具有一定的指导意义.