开挖软岩隧道的支护结构变形模拟分析(4)

　　3.2.2支护后塑性区分布。
　　
　　在埋深较大且强度较低的软岩隧道，开挖后造成的围岩应力重分布需要较长时间才能完成的塑性变形，支护的作用就是为了抑制这种变形的发展。图9为支护后轴线方向及典型横截面S塑性区分布图。由图9可看出，支护后，隧道塑性区范围明显缩小，被控制在1D以内，隧道前段塑性区范围仍大于后段。从典型截面S的塑性区分布可观察到，支护后，塑性区呈“球形”分布，洞壁附近的拱顶和洞底围岩发生剪切-拉张破坏，且洞底塑性区大于拱顶，两侧拱腰未发现剪切-拉张破坏；随塑性区向深部围岩扩展，破坏方式变为以剪切破坏为主，拱腰两侧的剪切破坏范围要大于拱顶和洞底。综合来看，支护后，塑性区的发展范围得到了有效抑制，支护效果比较明显。
　　 　　3.3开挖与支护后最大主应力变化。
　　
　　数值模型沿典型横截面S上的四个监测点方向向围岩深部不同深度的最大主应力监测数据见表3.由表3可看出：①在隧道开挖，围岩应力重分布后，隧道洞壁各部位至2.5D处均以压应力为主，总体上还是以重力作用为主导。在竖直方向上，拱顶A处和洞底D处的最大主应力分别为1.09、0.98MPa,在远离洞壁的过程中，最大主应力不断增加；在水平方向上，由拱腰向两侧最大主应力值呈现出先增大后减小的趋势，最大值分别出现拱腰B方向1D处的10.06 MPa和拱腰C方向1D处的10.17 MPa,在拱腰两侧形成一个对称的压应力集中区域。②隧道支护后，监测范围内围岩最大主应力仍以压应力为主，竖直方向上，由拱顶和洞底至两侧深部围岩，最大主应力不断增大，且同等深度较开挖后也有明显增大，除洞底D处的最大主应力减小为0.65 MPa外；水平方向上，洞壁拱腰位置至0.5D处，最大主应力不断增大，且较开挖后有明显增大，超过0.5D,最大主应力之随之减小，但较开挖后同等深度上却有所减小。综合来看，最大值分别减小为B方向上的9.93MPa和C方向上的9.82MPa,支护后拱腰两侧的应力集中区向洞壁靠近，各部位的应力分布也较开挖后更为均匀，说明支护效果明显。

　　3.4开挖与支护后最小主应力变化。
　　
　　数值模型对于洞壁2.5D范围内的最小主应力监测数据显示见表4.由表4可看出，除了支护后洞底D处出现拉应力外，其他部位仍以压应力为主。在竖直方向上，支护前后，隧道围岩的最小主应力均是由拱顶和洞底向两侧不断增加（D点除外）。水平方向上，开挖后，洞壁至1D范围内，最小主应力不断增加，超出1D,最小主应力不断减小；支护后，最小主应力的极值点出现在0.5D处，虽然最小主应力集中区向洞壁转移，但最小主应力的最大值较开挖后有所减小，各部位的最小主应力值的差异也有所减小，尤其是洞壁四周的应力分布较为均匀，支护效果较好。