黄土隧道喷射混凝土衬砌有限元分析

腰岘河单线铁路隧道穿经老黄土Q_2,埋深40米,全长311米。首次在55米长的地段上试验采用喷射混凝土作为永久支护。为了从理论上验证,进行了线弹性的和非线性的有限元分析。计算参数均由现场测试和实验室试验所确定。在线弹性分析中假定隧道一次开挖完毕且衬砌一次做好,计算了土体和衬砌的应力和变形。在非线性分析中,考虑了分阶段开挖与衬砌的时间效应;采用了Duncan建议的双曲线本构关系,惟由试验指出,黄土的初始弹性模量与应力无关。分析结果表明:不考虑开挖过程的时间效应以及材料的应力—应变非线性关系的线弹性有限元分析,其所算得的变形值偏小,衬砌应力值偏大;而考虑这些因素的非线性有限元分析,能反映隧道衬砌与周围土体的实际受力变形情况,算得的变形值与实测值符合良好,衬砌应力值较为合理。用喷射混凝土支护黄土隧道,能保证其稳定性,而喷层强度则为其抗剪强度所控制。