西南交大隧道力学作业.docx

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西南交大隧道力学作业

西南交大隧道力学作业

一、ANSYS数值模拟

洞室半径5m，模拟地层为二维长宽均100m，洞室埋深固定时埋深分别为20m、30m、45m：

围岩物理参数固定时洞室埋深分别为15m、35m、50m。

围岩级别参考各级围岩物理力学指标选定。

二、洞室埋深固定，变化围岩物理参数

在圆形洞室埋深固定的前提下，通过变化围岩的物理参数E、μ、C、φ、ρ，以观察围岩状态从弹性到弹塑性的转变。

表1

围岩级别

图号

埋深（m）

E（Gpa）

μ

C（Mpa）

φ（度）

ρ（kg/m3）

Ⅳ

1.1

45

2.5

0.3

0.2

35

2200

1.2

45

1.5

0.25

0.1

30

2000

1.3

45

1.0

0.20

0.05

25

2000

（1）

图1.1埋深45m围岩弹性状态

（2）

图1.2埋深45m围岩弹塑性状态

（3）

图1.3埋深45m围岩弹塑性状态

表2

围岩级别

图号

埋深（m）

E（Gpa）

μ

C（Mpa）

φ（度）

ρ（kg/m3）

Ⅴ

2.1

30

2

0.39

0.2

27

1900

2.2

30

1.5

0.36

0.15

25

1850

2.3

30

1.3

0.35

0.14

23

1800

（1）

图2.1埋深30m围岩弹性状态

（2）

图2.2埋深30m围岩弹塑性状态

（3）

图2.3埋深30m围岩弹塑性状态

表3

围岩级别

图号

埋深（m）

E（Gpa）

μ

C（Mpa）

φ（度）

ρ（kg/m3）

Ⅵ

3.1

20

1

0.48

0.2

20

1700

3.2

20

0.65

0.45

0.10

17

1600

3.3

20

0.6

0.40

0.04

15

1500

（1）

图3.1埋深20m围岩弹性状态

（2）

图3.2埋深20m围岩弹塑性状态

（3）

图3.3埋深20m围岩弹塑性状态

三、围岩物理参数固定，变化洞室埋深

在围岩的物理指标不变的前提下，改变圆形洞室的埋深，以观察围岩状态从弹性到弹塑性的转变。

表4

围岩级别

图号

埋深（m）

E（Gpa）

μ

C（Mpa）

φ（度）

ρ（kg/m3）

Ⅳ

4.1

15

1.5

0.25

0.15

30

2000

4.2

35

4.3

50

（1）

图4.1埋深15m围岩弹性状态

（2）

图4.2埋深35m围岩弹塑性状态

（3）

图4.3埋深50m围岩弹塑性状态

表5

围岩级别

图号

埋深（m）

E（Gpa）

μ

C（Mpa）

φ（度）

ρ（kg/m3）

Ⅴ

5.1

15

1.8

0.35

0.15

27

1900

5.2

35

5.3

50

（1）

图5.1埋深15m围岩弹性状态

（2）

图5.2埋深35m围岩弹塑性状态

（3）

图5.3埋深50m围岩弹塑性状态

表6

围岩级别

图号

埋深（m）

E（Gpa）

μ

C（Mpa）

φ（度）

ρ（kg/m3）

Ⅵ

6.1

15

1

0.40

0.15

20

1600

6.2

35

6.3

50

（1）

图6.1埋深15m围岩弹性状态

（2）

图6.2埋深35m围岩弹塑性状态

（3）

图6.3埋深50m围岩弹塑性状态

四、分析

在深埋隧道或埋深较浅但围岩强度较低时，围岩应力状态可能超过围岩的抗压强度，此时洞室或坑道发生脆性破坏，如岩爆、剥离或在洞室附近围岩内形成塑性应力区域。

塑性应力区域是由于多数围岩具有塑性这一性质而造成。

塑性就是指围岩在应力超过一定值后产生塑性变形的性质。

此时，应力即使不增加，变形扔将继续。

从图中也可以分析出：

洞室半径一定时，围岩越差，初始应力越大，塑性区域也越大。