变埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性破坏试验与数值模拟

摘要：

以一定范围内埋深(25～60 m)的3车道公路隧道软弱破碎围岩(公路隧道IV级)为研究对象,研制相似模型材料和配套试验设备,再现开挖后围岩的渐进性破坏全过程,分析不同埋深下围岩的应力场特征.通过模型材料室内试验获取岩体相关计算参数,引入弹塑性损伤本构模型对试验工况进行有限元数值模拟,计算结果与模型试验吻合较好.综合模型试验和数值模拟结果,可以得出以下结论:(1) 围岩破坏区是隧道塌落荷载的来源,主要集中在拱顶上方区域,在两侧边墙下方和拱底也有局部存在;(2) 隧道埋深对围岩破坏区域大小有重要影响,随着埋深的增大,围岩破坏区域呈渐进扩大趋势;(3) 围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高而后逐渐降低,其最大值所在位置即对应压力拱位置,且该位置随着破坏区域的扩大而不断向围岩内部移动,形成动态压力拱现象;(4) 通过对围岩内部周向应力最大值的测试来获取隧道压力拱范围,并进而确定围岩塌落荷载大小,这在理论上是可行的.

关键词：隧道工程、围岩、渐进性破坏、模型试验、数值模拟、开挖损伤区

所属期刊栏目：29

分类号：U45(隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金资助项目40672184

在线出版日期：2010-08-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1113-1122