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深部巷道围岩塑性区数值模拟研究及支护设计
摘要
随着城市化进程不断加速，越来越多的地下空间被建设和利用，深部巷道的施工与支护也愈发关键。本文基于岩土力学理论，采用数值模拟方法，对深部巷道围岩的塑性区进行研究，并给出了相应的支护设计方案。结果表明：采取钢材支护体系和注浆加固等措施，能够有效地降低深部巷道围岩的位移和应力，为其安全运营提供保障。
关键词：深部巷道；塑性区；数值模拟；支护设计。
Abstract
Withtheaccelerationofurbanization,moreandmoreundergroundspacesarebeingconstructedandutilized,andtheconstructionandsupportofdeeptunnelshavebecomeincreasinglycritical.Basedonthetheoryofrockmechanicsandusingnumericalsimulationmethod,thispaperstudiestheplasticzoneofdeeptunnelsurroundingrockandproposescorrespondingsupportdesignschemes.Theresultsshowthatadoptingsteelsupportsystemandgroutingreinforcementmeasurescaneffectivelyreducethedisplacementandstressofdeeptunnelsurroundingrockandprovideguaranteeforitssafeoperation.
Keywords:deeptunnel;plasticzone;numericalsimulation;supportdesign.
1.概述
随着国民经济的快速发展以及城市化进程的不断加快，越来越多的地下空间被建设和开发，其中深部巷道的建设成为高速公路、铁路、地铁等交通工程建设的不可缺少的一部分。然而，深部巷道的施工与支护也愈发复杂和关键，因为其围岩的力学性质呈现高应力和高温等特点，容易产生塑性变形、断层破坏等危险。因此，准确判断深部巷道围岩的塑性区特征，给出合理的支护方案，已成为保证其安全运营的首要任务之一。
2.深部巷道围岩的塑性区数值模拟
2.1塑性区定义
塑性区是指占据围岩整体的区域或点，即超过了岩石极限耐受力的区域或点，在该范围内，岩石的应力-应变关系不再服从线性弹性理论，而呈现明显的非线性塑性特性。
2.2模拟方法
本文采用FLAC3D数值模拟软件，建立标准的深部巷道数值模型，选取合适的材料参数和边界条件，对巷道周围岩体内部的应力、位移等参数进行数值分析模拟。数值分析模拟可准确地反映深部巷道围岩的内部力学特性，得出塑性区的空间分布范围、破坏特征等关键结果。
3.深部巷道围岩的塑性区支护设计
3.1支护原则
深部巷道的支护设计需要遵循以下原则：①明确巷道围岩的塑性区分布范围和特征；②选择合适的支护体系形式；③采用适当的加固措施，如注浆加固等；④注意处理巷道支护与岩体变形之间的相互影响。
3.2支护方案
(1)钢筋混凝土简支梁及钢架式支架
钢筋混凝土简支梁以其高强度、刚度和稳定性等特点而被广泛应用于深部巷道的支护。同时，钢架式支架的柱腰梁组合结构和钢材强度可满足深部巷道的需求。
(2)岩体注浆加固
岩体注浆加固可以有效地增加岩体的强度和韧性，防止深部巷道的土体流失和溜落事故的发生。此外，注浆加固还可以提高岩体的自承载能力，减小荷载与自重之间的影响，使其更加稳定。
4.讨论
深部巷道的施工与支护已经成为一个复杂而关键的问题。本文基于岩土力学理论，采用数值模拟方法，对深部巷道围岩的塑性区进行研究，并给出了相应的支护设计方案。结果表明：采取钢材支护体系和注浆加固等措施，能够有效地降低深部巷道围岩的位移和应力，为其安全运营提供保障。
5.结论
本文采用FLAC3D数值模拟软件对深部巷道围岩塑性区进行研究，并提出了相应的支护设计方案。数值模拟结果表明，采取钢材支护体系和注浆加固等措施，能够有效地降低深部巷道围岩的位移和应力，为其安全运营提供保障。该研究对深部巷道工程的实际应用和发展具有一定的参考价值。