谷对岭地区北线断面里程BXK1+350处(Ⅳ级围岩)主要分布为微风化岩体,以弱透水岩层为主,F7主断层通过隧道所处位置,受区域地质构造影响,局部较为破碎,构造破碎带中存在裂隙水,并具有沿构造破碎带定向富集的特征,隧道埋深58.996 m,地下水水头高度为32.726 m,对该区域进行钻孔(Z10—Z14)勘察。其钻孔布置如图6.9所示,Z10和Z11号孔岩样如图6.10所示[190]。隧址区地层从上到下主要分为强风化变质砂岩、微风化变质砂岩和微风化花岗片麻岩。参考岩土体物理力学性能现场试验结果以及工程地勘报告,结合《公路隧道设计规范》中相关围岩-支护参数的取值,主要计算参数见表6.2。
图6.9 谷对岭BXK1+350里程段勘察钻孔布置图
图6.10 谷对岭BXK1+350里程段岩样
表6.2 BXK1+350处围岩-支护体系计算参数
依据表6.2中的计算参数,同时考虑隧址区边界效应,计算模型左右边界均取4～5倍洞径长度,隧道下方围岩取约5倍洞径,隧道上方围岩模拟至地表,地下水位线在地表以下27.36 m处。隧道排水系统设置了环向和纵向排水管,其中环向排水管间距约8 m。隧道轴线方向为z轴,水平面内平行于地表方向为x轴,竖直于地表方向为y轴。据此模型范围取为120 m×127.36 m×16.12 m,模型单元均采用实体单元。该里程处隧道断面设计为单向双车道,隧道横断面结构如图6.11所示。(www.xing528.com)
数值计算中,模型侧面和底面为位移边界,地表设置为自由边界,两侧与底部边界为不透水边界,地下水位线在流固耦合过程中保持不变。岩土体选择Mohr-Coulomb本构模型,初次衬砌和二次衬砌取为Elastic弹性本构模型,流体模型按照是否透水,选为fl-iso各向同性模型与fl-null流体空单元模型。防水板采用无渗流单元,模型排水量控制通过设置排水管水压(不排水时排水管为初衬材料,排水时设置排水管孔隙水压力为0)实现,为保证隧道模型自由渗水,将二衬内表面水压设为0,建立三维计算模型如图6.12所示,防排水系统设置如图6.13所示。
图6.11 隧道横断面结构图
图6.12 三维有限差分模型图
图6.13 防排水系统设置
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