隧道监控量测有限元计算学习教案

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1、会计学1隧道隧道(sudo)监控量测有限元计算监控量测有限元计算第一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所2分析因素围岩等级开挖方法隧道高宽比隧道埋深工况级围岩全断面开挖0.6950m级围岩分台阶开挖0.48100m级围岩左右分步开挖/300m分析分析(fnx)工况设置工况设置 第2页/共106页第二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所3第3页/共106页第三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所4隧道截面几何隧道截面几何(j h)尺寸示意图尺寸示意图第4页/共106页第四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所5各介质力

2、学各介质力学(l xu)参数参数 名称弹性模量E/GPa泊松比重度/(kN/m3)粘聚力c/MPa内摩擦 角/级围岩3.00.29240.435级围岩1.00.35220.1030级围岩0.40.41180.02525锚杆2000.2578/衬砌200.2528/第5页/共106页第五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所6围岩网格围岩网格(wn )划分示意图划分示意图第6页/共106页第六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所7开挖开挖(ki w)岩体网格划分岩体网格划分 第7页/共106页第七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所8衬砌

3、及锚杆网格衬砌及锚杆网格(wn )划分划分 第8页/共106页第八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所9二维围岩网格二维围岩网格(wn )划分划分 衬砌及锚衬砌及锚杆分布杆分布第9页/共106页第九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所10n7 摇前隧道计算分析n8 结论第10页/共106页第十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所11对每个施工步，增量加载过程的表达式：第11页/共106页第十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所12第12页/共106页第十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所1

4、3第13页/共106页第十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所14第14页/共106页第十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所15第15页/共106页第十五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所16n主应力最大值出现在拱腰，在主应力最大值出现在拱腰，在进行应力监控量测时首先应考进行应力监控量测时首先应考虑拱腰部位。虑拱腰部位。第16页/共106页第十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所17施工过程中位移变化曲线施工过程中位移变化曲线 z向：变形持续增加，最后达到稳定x向：变形相对较小y向：变形先增加后减小拱顶和

5、仰拱以竖向变拱顶和仰拱以竖向变形监测为主形监测为主 第17页/共106页第十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所18x方向位移在增加后出现减小的过程拱腰以监测水平向周边收敛为主 施工过程中位移变化曲线施工过程中位移变化曲线 第18页/共106页第十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所19洞内监测数据一般无法反映前期施工对围岩产生的扰动影响；洞外监测应提前布点，充分了解施工扰动效应。第19页/共106页第十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所20n7 摇前隧道计算分析n8 结论第20页/共106页第二十页，共106页。福建省交通(

6、jiotng)科学技术研究所21zz，1： 差异不明显xx，3： 级围岩最大 级围岩最小第21页/共106页第二十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所223分布云图分布云图1分布云图分布云图仰拱部分单元出现拉应力第22页/共106页第二十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所233分布云图分布云图1分布云图分布云图第23页/共106页第二十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所243分布云图分布云图1分布云图分布云图第24页/共106页第二十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所25第25页/共106页第二十五页

7、，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所26第26页/共106页第二十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所27第27页/共106页第二十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所28第28页/共106页第二十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所29第29页/共106页第二十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所30第30页/共106页第三十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所31n7 摇前隧道计算分析n8 结论第31页/共106页第三十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科

8、学技术研究所32第32页/共106页第三十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所33第33页/共106页第三十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所34左右分步开挖方法对应隧道拱顶围岩应力最大第34页/共106页第三十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所35上下台阶分步开挖法中仰拱易出现拉应力第35页/共106页第三十五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所36三种开挖方式对zz、1影响较小；上下台阶开挖法对应xx、3最小 第36页/共106页第三十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所373分

9、布云图分布云图1分布云图分布云图局部区域产生较小的拉应力；拱腰高应力区贴近开挖边界 第37页/共106页第三十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所383分布云图分布云图1分布云图分布云图拱腰围岩高应力区离开挖边界一定距离 第38页/共106页第三十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所393分布云图分布云图1分布云图分布云图存在拉应力分布区 第39页/共106页第三十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所40第40页/共106页第四十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所41拱顶总位移：从隧道截面开始开挖直至截面施

10、工结束引起的拱顶围岩总位移。包括拱顶还未开挖时，其它部位开挖对拱顶围岩产生的扰动影响。拱顶监测位移：拱顶位置岩体开始开挖直至截面施工结束引起的拱顶围岩位移。不包含前期其它位置开挖对拱顶位置岩体的扰动变形。一般认为，拱顶监测位移易通过相关设备监测，拱顶总位移中对应拱顶开挖前引起的先期位移较难通过洞内监测手段获取。第41页/共106页第四十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所42全断面开挖法：全断面开挖法： 拱顶总位移与监测位移值相等 下沉主要在监测断面开挖后产生 开挖后及时布设测点可获取位移变化全过程值 单步开挖引起的位移较大，不及时支护容易出现塌方事故，因此相比更应加强监

11、控量测。第42页/共106页第四十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所43台阶分步开挖法：台阶分步开挖法： 拱顶总位移与监测位移值相等 下沉主要在监测断面开挖后产生，在断面开挖后及时布设测点可获取位移变化全过程值 与其它方法相比，该法对应的总位移和监测位移均为最大。 拱顶变形是逐步发展的，单步施工引起的位移变化量较小第43页/共106页第四十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所44单侧壁导坑法：单侧壁导坑法： 总位移大于监测位移 与其它开挖方法相比，该方法对应的拱顶总位移最小 拱腰部分开挖对拱顶围岩变形影响大，监测到的位移-时间曲线不能代表全过程 在

12、施作仰拱、拆除临时支护时，拱顶变形出现回弹，分析监测数据时应注意这一变形特征第44页/共106页第四十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所45双侧壁导坑法：双侧壁导坑法： 总位移大于监测位移 与其它开挖方法相比，该方法对应的拱顶监测位移最小 拱腰部分开挖对拱顶围岩变形影响大，监测到的位移-时间曲线不能代表全过程。第45页/共106页第四十五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所46Z方向位移云图方向位移云图x方向位移云图方向位移云图全断面开挖对应隧道位移云图全断面开挖对应隧道位移云图z方向最大位移发生在拱顶和仰拱x方向最大位移发生在距离拱脚1/3h高度处

13、第46页/共106页第四十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所47Z方向位移云图方向位移云图x方向位移云图方向位移云图单侧壁导坑开挖对应隧道位移云图单侧壁导坑开挖对应隧道位移云图z方向和x方向最大位移均发生在靠上台阶底部位置 第47页/共106页第四十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所48Z方向位移云图方向位移云图x方向位移云图方向位移云图双侧壁导坑开挖对应隧道位移云图双侧壁导坑开挖对应隧道位移云图z方向和x方向最大位移发生在后开挖导坑临时支护与拱腰相交的位置，隆起变形仍以仰拱位置最大 第48页/共106页第四十八页，共106页。福建省交通(jio

14、tng)科学技术研究所49Z方向位移云图方向位移云图x方向位移云图方向位移云图台阶分步开挖对应隧道位移云图台阶分步开挖对应隧道位移云图变形规律与全断面开挖法类似 第49页/共106页第四十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所50上下台阶法对应的拱顶沉降最大，左右分步法最小全断面开挖方法：各开挖步引起的位移增量最大上下台阶开挖方法：上台阶开挖引起的位移大于下台阶开挖引起的位移左右开挖方法：两个施工步引起的位移接近第50页/共106页第五十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所51测点位于掌子面后方一定距离处，左右分布开挖对应的拱顶累计沉降与最终沉降的比值最

15、大，变形发展快，更易趋于稳定第51页/共106页第五十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所52拱腰部分锚杆受力较大，尤以靠近洞壁端受力最大，因此对于采用全断面开挖法的隧道，监测锚杆内力时，应以监测拱腰锚杆靠近洞壁端受力为主。 全断面开挖法对应锚杆内力第52页/共106页第五十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所53单侧壁导坑开挖法对应锚杆内力导坑位置锚杆受力较小，可不进行受力量测。但是上台阶底部位置锚杆受力较大，尤以远离洞壁端部分最大，应适当加强监测。第53页/共106页第五十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所54双侧壁导坑开

16、挖法对应锚杆内力图双侧壁导坑开挖法对应锚杆内力图 第54页/共106页第五十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所55双侧壁导坑开挖法对应锚杆内力图双侧壁导坑开挖法对应锚杆内力图 侧壁导坑开挖和导坑衬砌支护时，导坑锚杆受力较小，且变化量不大，因此可不进行锚杆受力监控量测。中间台阶上部土体开挖引起靠内壁临时支护下方的锚杆内力增加近4倍，此时可结合实际对该部分锚杆进行观测，直至断面开挖结束。拆除临时支护时，宜对临时支护与拱顶相交位置附近的锚杆进行受力监测。第55页/共106页第五十五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所56台阶分步开挖法对应锚杆内力图锚杆受力

17、相对较小。必要时对先开挖侧壁（土体2位置）底部锚杆靠近洞壁端进行受力监测。第56页/共106页第五十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所57案n7 摇前隧道计算分析n8 结论第57页/共106页第五十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所58隧道高宽比越小，拱顶围岩压应力值越小，容易出现拉应力，因而要加强监测并采取必要措施，防止出现拉裂破坏。第58页/共106页第五十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所59与拱顶类似第59页/共106页第五十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所60高宽比较大，对应的zz、xx

18、、3较大围岩应力稳定后，二者1大小接近第60页/共106页第六十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所61第61页/共106页第六十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所62第62页/共106页第六十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所63第63页/共106页第六十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所64 高宽比越大，拱腰侧向位移也越大 高宽比越小，后期变形回弹越大第64页/共106页第六十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所65案n7 摇前隧道计算分析n8 结论第65页/共106页第六十五

19、页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所66第66页/共106页第六十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所67第67页/共106页第六十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所68埋深越大，开挖后应力恢复量越大，拱顶围岩应力趋于稳定的时间越长。第68页/共106页第六十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所69第69页/共106页第六十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所70埋深愈大，开挖引起zz增量越大第70页/共106页第七十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所713分布云

20、图分布云图1分布云图分布云图第71页/共106页第七十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所723分布云图分布云图1分布云图分布云图第72页/共106页第七十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所733分布云图分布云图1分布云图分布云图第73页/共106页第七十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所74拱顶和仰拱中点对应的值偏低，易出现拉应力，应适当加强监控量测，防止围岩和支护结构的受拉破坏隧道埋深越浅，可能出现拉应力的范围越大，断面测点数量应该相应增加第74页/共106页第七十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究

21、所75埋深越大：隧道拱顶产生的沉降越大 沉降达到稳定的时间越长 掌子面远离测点后位移增量仍较大 第75页/共106页第七十五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所76第76页/共106页第七十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所77 隧道不同埋深对应隧道不同埋深对应3分布云图分布云图 （4-1）第77页/共106页第七十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所78 隧道不同埋深对应隧道不同埋深对应3分布云图分布云图 （4-2）第78页/共106页第七十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所79 隧道不同埋深对应隧道不

22、同埋深对应3分布云图分布云图 （4-3）第79页/共106页第七十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所80 隧道不同埋深对应隧道不同埋深对应3分布云图分布云图 （4-4）第80页/共106页第八十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所81埋深越浅，隧道开挖越容易引起围岩产生拉裂破坏对于超浅埋隧道，拉应力出现范围可延伸至地表 第81页/共106页第八十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所82不同埋深对应竖向变形云图（不同埋深对应竖向变形云图（4-1） 第82页/共106页第八十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所

23、83不同埋深对应竖向变形云图（不同埋深对应竖向变形云图（4-2） 第83页/共106页第八十三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所84不同埋深对应竖向变形云图（不同埋深对应竖向变形云图（4-3） 第84页/共106页第八十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所85不同埋深对应竖向变形云图（不同埋深对应竖向变形云图（4-4） 第85页/共106页第八十五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所86由于受埋深、支护等因素影响，浅埋隧道最大沉降发生在距离拱顶中央（1/41/6）B位置在进行拱顶变形监控量测时，有必要结合实际工程特征，在偏离中轴线

24、（1/41/6）B位置处布置测线第86页/共106页第八十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所87第87页/共106页第八十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所88浅埋隧道，其覆盖层一般为松散的第四纪堆积物，土体抗拉能力极差，且埋深越浅，围岩的自稳能力越差，因而开挖造成较大的拱顶变形当隧道达到一定的埋深时，隧道变形主要取决于上覆土重，埋深越大，隧道结构受荷越大，因而变形也随之增大 第88页/共106页第八十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所89在其它条件相同的情况下，存在一个埋深，在该埋深下拱顶上方地表沉降最小对于文中的分析工

25、况，该埋深约为2/3Hp 第89页/共106页第八十九页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所90n7 摇前隧道计算分析n8 结论第90页/共106页第九十页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所91体系体系n二次衬砌采用模筑混凝土结构二次衬砌采用模筑混凝土结构n初期初期(chq)支护与二次衬砌结支护与二次衬砌结构之间设有防水排水夹层构之间设有防水排水夹层第91页/共106页第九十一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所92第92页/共106页第九十二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所93第93页/共106页第九十三页，共

26、106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所94第94页/共106页第九十四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所95隧道拱顶沉降曲线隧道拱顶沉降曲线第95页/共106页第九十五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所96隧道拱顶沉降曲线隧道拱顶沉降曲线第96页/共106页第九十六页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所97第97页/共106页第九十七页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所98第98页/共106页第九十八页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所99第99页/共106页第九十九页，共106页

27、。福建省交通(jiotng)科学技术研究所100第100页/共106页第一百页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所101n7 摇前隧道计算分析n8 结论第101页/共106页第一百零一页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所102第102页/共106页第一百零二页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所103第103页/共106页第一百零三页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所104第104页/共106页第一百零四页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所105第105页/共106页第一百零五页，共106页。福建省交通(jiotng)科学技术研究所106感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第106页/共106页第一百零六页，共106页。