基于離散-連續耦合方法的隧道壓力拱特性研究

高 峰，譚緒凱*，陳曉宇，丁其樂，李 星

(1.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074; 2.中機中聯工程有限公司，重慶 400039;3.林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司，重慶 401121)

1 引 言

隧道壓力拱理論是隧道深淺埋界限劃分的基礎,對隧道工程計算及設計具有重要作用。自Kovari[1]首次提出隧道開挖過程中的成拱效應以來,相關學者就隧道壓力拱問題展開了大量的研究。在壓力拱的定義上,目前普遍認為隧道壓力拱的形成為力的傳遞路徑的改變所致,認為壓力拱是指洞室開挖后的卸荷效應破壞了初始應力場的平衡,導致圍巖不均勻變形和應力重分布,圍巖體系的荷載傳遞路線發生偏移,主應力大小和方向隨著荷載釋放逐漸發生改變,最終在洞室周邊形成類似拱形的圍巖保護圈[2-6]。

目前,針對隧道壓力拱問題的研究主要集中在壓力拱成拱機理、壓力拱演化規律及壓力拱范圍等方面[7-9],其研究手段主要為模型試驗方法和數值模擬方法,而模型試驗手段易受研究成本、邊界效應、模型尺寸、試驗周期及人為因素等影響,數值模擬手段成為最為普遍的研究方法。目前,常用的數值方法主要分為連續介質數值方法[10-12](如有限元法和有限差分法等)和非連續介質數值方法(如離散元法等)。從研究成果發現,連續介質方法無法從微觀角度直觀分析和觀察隧道壓力拱的形成機理及發展特性。

隨著離散元理論的發展,其廣泛應用于巖土工程的微觀力學行為研究,在壓力拱研究方面也有初步嘗試。……