引水隧道最佳支护系统工程数值建模分析

刘方亮

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

由于岩体的不连续性、各向异性、非均质性和非弹性性质，使用经验和数值方法对岩体建模是一项非常困难的工作[1-2]。在开挖工程的初始阶段，关于岩体的强度特性、变形模量、原位应力和水文特性的详细数据不可用[3]。为了处理详细项目数据的不可用性，像岩体分类方法这样的经验方法是用于解决工程问题重要方法[4]。在任何地下结构的设计、支护系统推荐和数值模拟输入参数的确定中，经验方法使用定义的输入参数[5]。经验方法将岩体定量地划分为具有相似特征的不同类别，以便于理解和建造地下工程结构。尽管其应用广泛，经验方法并不评估支护系统的性能、应力再分布和隧道周围的变形[6]。因此，在设计最佳地下结构和支护系统时，考虑这些参数是非常重要的。用数值方法可以解决经验方法的这一不足。

数值模拟在土木和岩石工程领域越来越受到重视，常常用于预测岩体对各种开挖活动的响应[7]。数值方法在分析分布应力对岩体行为的影响和岩体环境中结构的设计等方面具有简便、成本较低和耗时较少的优点[8]。同时，数值模拟为解决与隧道形状、尺寸、矿井布局和顶板支护系统设计相关的复杂工程问题提供了良好的思路，从而在采矿结构的整个计划作业寿命期间实现一致的技术经济可行性能[9]。由于岩石力学领域技术的进步，不同的研究人员开发了不同的数值方法，如有限差分法(FDM法)、有限元法(有限元法)和边界元法(边界元法)，用于解决工程相关问题。……