隧洞液压枕径向加压法试验修正方法研究（孙民伟,于立新,房后国）

［摘 要］ 采用ANSYS建模技术建立二维平面计算模型，模拟分析古贤隧洞液压枕径向加压法试验，对两种加载方式下的计算结果进行了对比分析，探讨了规范中修正方法的合理性，取得了较好的效果。

［关键词］ ANSYS 试验 加载方式

1 前言

径向千斤顶变形试验弹性抗力系数的计算公式［1］为：

在径向千斤顶变形试验实际操作过程中，由于试验段只能有限长受压，不能做到无限长受压，而且由于试验条件的限制，试验段需要采用两端加载方式来进行加压，因此需要对上述弹性抗力系数的计算公式进行修正。本次拟对加载方式（两端加载和整段加载）进行数值模拟，分析加载方式的不同对岩体变形的影响。

2 有限元计算概述

2.1 计算范围

岩体的计算范围：水平方向和高度方向均为20m，长度方向为无限长。其上用于传力的混凝土模型位于岩层上面的正中位置，高度0.2m，水平方向的长度本次计算两种：一种为根据水利水电工程岩石试验规程（SL264—2001）所要求，取2.2m［2］，另一种根据试验的实际长度，取为1.9m。其几何模型和有限元模型见图1和图2。

2.2 加载方式

不论水平方向的长度为那一种，均按两种加载方式：

① 混凝土上边两端加载，中间段余0.2m不加载；

② 混凝土整段加载

2.3 边界条件

模型底部采用固定约束，左右侧边采用垂直于侧面的单向约束。

2.4 计算参数

计算中岩体所采用的参数见表1。混凝土的泊松比采用0.19。

3 计算结果分析

计算结果见表2和表3。

由表2和表3可以看出：

（1）在两端加载情况下，不论混凝土板水平方向的长度是2.2m还是1.9m，随着混凝土模量的增大，A点的竖向变形均随着增大，但是增大的幅度不大，当混凝土模量增大到100倍时，A点的竖向变形增大3.07%或2.64%；

（2）在整段加载情况下，不论混凝土板水平方向的长度是2.2m还是1.9m，随着混凝土模量的增大，A点的竖向变形均随着减小，但是减小的幅度不大，当混凝土模量增大到100倍时，A点的竖向变形减小3.14%或3.02%；

由（1）、（2）可以知道，当用做传力的混凝土板其弹性模量达到1 010 Pa后，混凝土模量的增大对A点的竖向变形影响不很大，当混凝土模量增大到100倍时，A点的竖向变形变化幅度仅约3%。

（3）两端加载和整段加载情况下混凝土各对应模量下Ａ点变形的比值，随着混凝土模量的增大，由92.21%或92.85%增大到98.12%或98.28%。

为了进一步分析混凝土模量的增大对岩体变形的影响，现把混凝土模量在扩大2倍即为2×1010Pa和扩大100倍即为100×1010Pa时岩体上面距离A点不同距离的点的沉降曲线，分别列于下面，见图3～图6。

由图3～图6可以看出：

（4）当两端加载时，混凝土板中间0.2m不加压段的变形要比加压段的变形要小，而且随着混凝土模量的增大，中间0.2m不加压段的变形逐渐增大，逐渐接近加压段的变形，说明混凝土模量的增大，使混凝土板的传力效果越来越好。

（5）当整段加载时，当混凝土模量为2×1010Pa时，由于其模量较小，传力效果不是太好，岩体与混凝土板接触部分从中间A点往两边逐渐减小，说明中间段受压变形最快，接触最紧密；随着混凝土模量的增大，岩体与混凝土板接触部分的变形与混凝土模量为2×1010Pa时相比减小，但减小不多（见前述），但是岩体与混凝土板接触部分各点的变形逐渐一致，说明混凝土模量的增大，使混凝土板与岩体接触更均匀更紧密。这就是为什么整段加载情况下随着混凝土模量的增大，A点的竖向变形减小的原因。

（6）岩体与混凝土板接触面上，离开混凝土往两边，竖向变形逐渐减小，距离越大，竖向变形越小，离开混凝土往两边距离A点约为混凝土板长的1.5倍时，其变形只有A点变形的10%左右。

4 结论

（1）两端加载情况下，随着混凝土模量的增大，A点的竖向变形逐渐增大；整段加载情况下，A点的竖向变形逐渐减小，但是无论增大还是减小，当混凝土模量扩大到100倍时，其幅度都不是很大，最大约3%。

（2）两端加载和整段加载情况下混凝土各对应模量下Ａ点变形的比值，随着混凝土模量的增大，由92.21%或92.85%增大到98.12%或98.28%。

（3）当两端加载时，混凝土板中间0.2m不加压段的变形要比加压段的变形要小，而且随着混凝土模量的增大，中间0.2m不加压段的变形逐渐增大，逐渐接近加压段的变形，说明混凝土模量的增大，使混凝土板的传力效果越来越好。

（4）当整段加载时，当混凝土模量为2×1010Pa时，由于其模量较小，传力效果不是太好，岩体与混凝土板接触部分从中间A点往两边逐渐减小，说明中间段受压变形最快，接触最紧密；随着混凝土模量的增大，岩体与混凝土板接触部分的变形与混凝土模量为2×1010Pa时相比减小，但减小不多，但是岩体与混凝土板接触部分各点的变形逐渐一致，说明混凝土模量的增大，使混凝土板与岩体接触更均匀更紧密，加在混凝土板的力更均匀地传递到岩体。因此岩体受压是个逐渐压密的过程。

参考文献

［1］ 徐志英，岩石力学，水利电力出版社，1986年11月.

［2］ 水利水电工程岩石试验规程（SL264—2001），中国水利电力出版社，2001年2月