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关键词: 双连拱隧道;FLAC-2D;数值分析 0 引言 近些年来,我国高速公路建设发展异常迅猛。许多路段穿插在崇山峻岭之间,因此隧道构造物不可避免相应增多。由于受地形限制和设计要求,有些地段布线十分困难,而采用双连拱隧道的形式是解决此种问题的一种有效手段。相比分离式隧道,双连拱隧道有以下优点:避免了洞口分幅路基,减少了占地,与洞外路线连接方便;在傍山或土垭口地形利于洞口位置选择,并可减少隧道长度;避免了隧道洞口特大桥分幅;可保持路线线形流畅,且断面造型美观;城市中双连拱隧道可以大大减少拆迁,降低工程费用[1]。 1 快速拉格朗日法（Fast Lagrangian Analysis of Continua,简称FLAC法） 近几年发展起来的快速拉格朗日法（Fast Lagrangian Analysis of Continua,简称FLAC法）基于有限差分法的针对岩土体分析的一种新型数值模拟方法。其将岩土体视为等效连续体,考虑了岩土体的弹塑性本构关系,通过对其内部的应力、应变来分析给定断面的变形及稳定问题。通过求解静力平衡方程,利用FLAC软件后处理功能,动态显示给定断面结构体内部广义剪应变增量及塑性区的演化情况,同时可以对连续介质进行大变形分析,能比较真实地反映各个时步各单元（或节点）的应力应变情况,进而可以模拟出岩土体变形破坏的全过程。 1.1 拉格朗日法简介 FLAC是由Cundall和美国ITASCA公司开发出的有限差分数值计算程序,适用于岩土工程力学分析,其基本原理即是拉格朗日法。拉格朗日法源于流体力学,通过研究流体各个质点的运动参数（位置坐标、速度和加速度等）随时间变化的规律,综合所有流体质点运动参数的变化,从而得到整个流体的运动规律。将其移植到固体力学中,把计算对象的形状用单元和区域构成相应的网络,其结点相当于流体质点,然后按时步用拉格朗日法来研究连接单元的网格结点的运动。它利用差分格式按时步积分求解,在计算过程中随着网格形状的不断变化,不断更新坐标,允许介质发生较大的变形。每个单元在外荷载和边界约束条件下,按照约定的线性或非线性应力-应变关系产生力学响应,特别适合分析材料达到屈服极限后产生的塑性流动。程序采用最大不平衡力来刻画FLAC计算的收敛过程,如果单元的最大不平衡力随着时步增加而逐渐趋于极小值,则计算是稳定的,循环结束;否则,计算是不稳定的[2]。 1.2 FLAC算法流程 FLAC显式静态分析求解流程如下:①根据实际问题的性质进行相应的简化处理,将模型进行网格划分,定义材料属性和设定模型所受的外力和边界条件。②运行程序,求初始应力平衡,若模型反应符合实际情况,计算继续。③根据实际工程情况改变模型的相关条件,重新运行程序达到新的平衡。④运行程序,求解FLAC模型,直到结果可以接受为止。⑤据研究问题的要求,分析相应参数的影响结果[2]。 2 计算模型的建立及结果分析 某双连拱隧道采用上下行分离的整体式超浅埋大跨双连拱单洞单向行驶三车道隧道,隧道全长105m,最大埋深15m,该隧道南端近 1/4 处于断层破碎带内,围岩属Ш类围岩,为变质砂岩、板岩,裂隙发育,稳定性差。断层破碎带内岩体呈碎石状压碎结构,在开挖、爆破振动,特别是地下水作用下,破碎带围岩极易产生坍塌 。 2.1 模型建立及计算参数 计算模型采用平面应变的为线弹性平面应变模型,隧道围岩初始应考虑其自重应力,隧道初期支护只考虑锚杆和喷混凝土的作用。根据弹塑性理论,隧道开挖仅对开挖中心点3～5倍范围的围岩产生影响。考虑到开挖洞室所处山体实际情况取模拟计算区域:计算范围:结构顶板以上、底板 |
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