能量守恒原理在吁级围岩隧道衬砌设计中的应用研究

摘要：

在围岩-衬砌这个封闭系统中，隧道的开挖和支护过程伴随着能量的传递和转化，不考虑热能散失并将围岩视为弹性体，则围岩势能的释放即为衬砌结构弹性应变能的增加。刘红燕等[12]利用该能量守恒原理对Ⅲ级围岩单线铁路隧道进行了衬砌厚度的计算，在此研究成果的基础上进一步研究了能量守恒原理对于V级围岩衬砌设计的适用情况。针对V级围岩建立 FLAC3D模型动态模拟隧道的开挖过程，利用 matlab 语言编写弹性应变能密度函数从而得到实体模型各单元的弹性应变能，最后得到特定范围内围岩势能随掘进深度的变化曲线。由此围岩势能变化曲线可得出隧道开挖后围岩的势能释放值。此外，通过进行钢纤维混凝土(SFRC)构件的韧性试验，确定SFRC 三分梁破坏与 SFRC 衬砌破坏时的能量消耗关系。据此建立能量方程并可得出 SFRC 衬砌的理论厚度，经检算，设计厚度满足安全性要求。结果表明，能量守恒原理的隧道衬砌设计方法不再受Ⅱ、Ⅲ级围岩小断面情形的限制，它同样适用于 V 级围岩大断面隧道的衬砌设计。

关键词：隧道衬砌、能量守恒原理、弹性应变能密度、数值分析、钢纤维混凝土 (SFRC)

分类号：U451+.4(隧道工程)

资助基金：中央高校基本科研业务费专题项目SWJTU11ZT33

在线出版日期：2014-11-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：121-124,129