壁后空洞對(duì)軟巖隧道長期穩(wěn)定性影響的粘彈塑性分析.pdf

1、隧道壁后空洞對(duì)隧道管片及圍巖影響規(guī)律的研究在國內(nèi)外已有不少研究成果，但是研究通常集中在公路、山嶺等深埋隧道背后空洞對(duì)管片的影響，對(duì)于軟巖淺埋隧道以及空洞對(duì)隧道長期運(yùn)營階段的影響研究比較少。軟巖具有很強(qiáng)的流變性，包括蠕變、應(yīng)變速率相關(guān)性及應(yīng)力松弛，對(duì)于隧道長期運(yùn)營會(huì)產(chǎn)生持久的影響。
　　為了研究軟巖隧道在空洞存在情況下管片的長期受力變形特性,本文采用有限元數(shù)值模擬的方法，研究管片壁后空洞在不同空洞位置，不同空洞大小，地下水作用，不同

2、靜止土壓力，不同空洞處理措施等條件下，對(duì)管片內(nèi)力和變形的影響規(guī)律,得出了以下主要研究結(jié)論:
　　(1)壁后空洞對(duì)圍巖應(yīng)力應(yīng)變的影響就在空洞周圍很小的區(qū)域內(nèi)。另外，空洞對(duì)隧道管片的軸力影響很小，而且影響僅限于空洞出現(xiàn)后的一段時(shí)間，但空洞對(duì)隧道管片彎矩存在較大而且長期的影響，是管片彎矩達(dá)到屈服以及裂縫形成的主要原因。
　　(2)空洞的存在會(huì)使得空洞附近圍巖發(fā)生較大的剪應(yīng)力，從而引起軟巖剪脹及長期蠕變，導(dǎo)致管片內(nèi)力重分布，不利于隧

3、道結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。對(duì)于淺埋隧道不同位置的空洞，隧道拱腰空洞的影響最大，管片負(fù)彎矩（外側(cè)受拉）峰值出現(xiàn)在空洞中間；其次為拱肩位置空洞，會(huì)造成拱頂管片達(dá)到正彎矩（管片內(nèi)側(cè)受拉）峰值；影響最小的是拱頂空洞，不會(huì)造成某一點(diǎn)管片彎矩增長達(dá)到屈服。
　　(3)對(duì)于拱頂不同大小的空洞，當(dāng)空洞較小時(shí)，隧道管片均呈現(xiàn)向隧道內(nèi)變形的趨勢。隨著空洞逐漸增大，空洞范圍管片砌正彎矩（管片內(nèi)側(cè)受拉）越來越小，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚩斩磦?cè)變形，管片外側(cè)受拉。對(duì)于拱腰不同大

4、小的空洞，隨空洞逐漸增大，空洞范圍內(nèi)管片彎矩絕對(duì)值越來越大。
　　(4)水土耦合情況下，超孔壓的消散等效地增加了隧道周圍巖體的圍壓，使得隧道管片承受更大的內(nèi)力。采用水土耦合算法能較好地模擬超孔壓在軟巖中的發(fā)生和過程，適合用于模擬隧道在富水軟巖地層中施工及運(yùn)營過程中的受力及變形情況。
　　(5)空洞會(huì)破壞隧道原本平衡的受力狀態(tài)。為了重新達(dá)到穩(wěn)定，空洞和管片夾角位置會(huì)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，這種不利的受力模式會(huì)加劇管片彎矩的增長，使