非线性有限元法分析通风竖井围岩稳定性

"隧道通风竖井扩挖围岩稳定性研究，沈波，魏玉华，谭凯，李振安，文章探讨了在西北大型跨流域调水工程中，针对通风竖井扩挖的围岩稳定性问题。通过非线性有限元法分析了特殊地质条件下的围岩变形和塑性区发展，同时运用水压致裂法测量地应力，旨在提出最佳设计方案以防止塌方和岩爆等灾害。通风竖井位于地形坡度变化的区域，地表覆盖严重，主要由砂岩、页岩和粉砂岩组成，存在多组节理。岩体工程级别为Ⅲ级至Ⅴ级，其中软弱岩层对竖井稳定性构成挑战。" 本文详细研究了隧道通风竖井在扩挖过程中的围岩稳定性，这是一个在大型水利工程中至关重要的问题。通风竖井被布置在调水总干渠的特定位置，其地质条件复杂，包括覆盖层、地表坡度、地下水状况以及不同岩层的组合。文章指出，竖井附近的地质主要由砂岩、页岩和粉砂岩构成，这些岩石在不同情况下有不同的工程特性，如遇水可能崩解、软化或膨胀。 通过非线性有限元法的计算和分析，研究人员能够深入理解扩挖过程中围岩的变形和破坏模式，这有助于预测潜在的不稳定区域和塑性区的发展。同时，他们利用水压致裂法来测量地应力，这是一种科学的方法，可以准确评估地质体内的应力状态，这对于确定可能导致破裂或滑移的关键区域至关重要。 此外，文章还强调了通风竖井岩体的工程级别差异，其中包含一定比例的软岩，这可能会降低稳定性。软弱夹层和层面的存在增加了竖井侧壁的不稳定性，容易引发塌方。通过对岩层产状的研究，发现北侧壁可能存在应力集中的风险，进一步增加了设计和施工的挑战。 这项研究提供了通风竖井扩挖的全面地质分析，为确保施工安全和防止地质灾害提供了理论依据。提出的最佳设计方案不仅考虑了地质条件，还考虑了TBM（全断面隧道掘进机）隧道掘进过程中的设备检修需求，体现了工程实践与理论研究的紧密结合。通过这样的研究，可以优化工程设计，提高施工效率，同时减少可能的风险，对于类似工程项目的规划和实施具有重要的参考价值。