一种考虑层理作用的软硬互层围岩隧道施工模拟方法

摘要

本发明提供一种考虑层理作用的软硬互层围岩隧道施工模拟方法，包括以下步骤：S1、获得围岩相关力学参数：采用岩石常规力学性质试验，按照《岩石物理力学性质试验规程》将所要模拟的隧道围岩加工成标准试件，通过单轴/三轴压缩试验、剪切试验获得围岩相关力学参数；S2、对步骤S1试验获得的力学参数赋予围岩模拟单元，选用ANSYS软件自带的弹塑性本构模型、dp准则及接触对作用进行模拟分析。本发明提供的模拟方法，能够模拟软硬互层围岩隧道开挖全过程中层理应力场、位移场等所产生的变化及影响，解决了模拟过程中非线性分析结果不收敛问题，模拟结果能反映出隧道开挖后是否产生离层等情况，模拟更加符合工程实际状况，模拟结果能够指导实际隧道施工。

主权项

一种考虑层理作用的软硬互层围岩隧道施工模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获得围岩相关力学参数：采用岩石常规力学性质试验，按照《岩石物理力学性质试验规程》将所要模拟的隧道围岩加工成直径50mm长100mm的圆柱型标准试件，通过单轴压缩试验、三轴压缩试验、剪切试验获得围岩相关力学参数，所述力学参数包括弹性模量、泊松比、密度、粘聚力和内摩擦角；S2、对步骤S1试验获得的相应力学参数赋予围岩模拟单元，选用ANSYS软件自带的弹塑性本构模型、dp准则及其接触对作用进行模拟分析，其具体包括步骤：S21、建立隧道开挖模型，并划分网格，且模型中要包括初衬和二衬；S22、对围岩材料中包括弹性模量、泊松比、密度在内的线性参数通过mp命令进行定义，对围岩非线性分析所需的粘聚力、内摩擦角参数采用tb，dp命令，赋予通过步骤S1试验分析得到的岩石参数；S23、模拟层理：整个岩体每个岩层模型之间不共线，同时没有任何交点，层理目标单元选用targe169(2D)或targe170(3D)，层理接触单元选用conta171(2D)或conta174(3D)，目标单元与接触单元组成接触对，其中targe单元用于模拟较硬岩层，为目标面，conta用于模拟较软岩层，为接触面；若锚杆或者隧道穿越两个或多个岩层时，需设置两个面域，其中一个面域的上下面赋上不同的围岩材料属性，另一个面域只赋单元属性不赋材料属性，并在层间线上赋接触对的单元属性及材料属性；S24、层理参数设置：给层理设置具体的力学参数，包括粘聚力、内摩擦角、法向刚度和剪切刚度；S25、对隧道开挖后不同岩性地层间的相互滑动及渗透进行处理分析，合理设置接触对外法线方向，模拟围岩存在层理条件下隧道开挖过程；S26、模拟地应力：将水平方向的边界进行约束，使得边界在水平方向位移为零；对于竖直方向，底部位移同样进行限制，也为零；顶部是自由面位移不受限制，在顶部施加重力荷载，模拟上覆岩层的自重；同时，该过程中杀死锚杆及衬砌单元，保证原岩应力下锚杆及衬砌无作用；S27、模拟开挖到初衬：模拟地应力后，采用ekill命令杀死开挖岩体材料单元，进而模拟开挖过程，并采用ealive命令激活锚杆及衬砌材料单元，使其发挥作用，模拟初期支护过程。