膨脹土隧道開挖過程的模型試驗研究及其三維數(shù)值模擬.pdf

1、隨著國家基礎設施建設的大力發(fā)展，隧道作為交通設施的一部分，起著十分重要的作用。然而我國許多地區(qū)地質條件復雜，在隧道的建設期常會遇到膨脹性巖土，這種不良地質體會使隧道結構遭到破壞。造成這一現(xiàn)象的主要原因是我們對膨脹土脹縮機理及其工程特性的認識不足，由于膨脹性圍巖遇水后易軟化并產生膨脹力，在隧道開挖過程中圍巖會產生較大變形，甚至破壞，給工程帶來巨大損失。因此本文以廣西宜河高速公路某膨脹土隧道工程為依托，開展室內物理模型試驗，對整個開挖過程中

2、圍巖關鍵點應力進行監(jiān)測，并采用FLAC3D軟件對三種開挖方法（全斷面法、上下臺階法、CRD法）下的隧道施工進行三維數(shù)值模擬，對膨脹土隧道在雨季施工中圍巖變形和應力變化規(guī)律進行了探究。本文主要成果和結論如下：
　　1）通過開展室內基本實驗，對膨脹土的一般物理力學性質進行了研究，對膨脹土的抗剪強度與含水率之間的關系進行了研究，膨脹土的粘聚力和內摩擦角均隨著含水率的增大而減小。
　　2）通過模型試驗研究可知：在隧道開挖過程中，拱頂

3、和拱底處圍巖應力變化較拱腰處圍巖應力變化大，且在隧道開挖至觀測面時圍巖應力均出現(xiàn)急劇下降；隧洞附近的圍巖隨著距離的增加，其應力釋放率逐漸減小，應力釋放速度也逐漸減緩，且主要表現(xiàn)在兩倍的洞徑范圍內。
　　3）通過數(shù)值模擬研究可知：在三種開挖方法下隧道圍巖變形均表現(xiàn)為拱頂區(qū)域出現(xiàn)沉降，拱底區(qū)域向上隆起，隧洞兩側向中間收斂；圍巖應力變化均沿隧洞豎向呈對稱分布，豎向應力集中主要表現(xiàn)在隧洞兩側，而拱頂和拱底區(qū)域形成水平受壓區(qū)；當掌子面在觀測

4、面前后一倍洞徑范圍內時，隧洞附近圍巖應力和變形均出現(xiàn)急劇變化，在此階段圍巖穩(wěn)定性最差，需及時采取支護措施。綜合對比三種開挖方法，發(fā)現(xiàn)采用全斷面法施工引起拱頂和拱底處圍巖變形明顯較其他兩種開挖方法大，不易控制圍巖變形和應力增長，而采用CRD法施工對圍巖的擾動影響最小，最適宜作為膨脹土隧道雨季施工的開挖方案。
　　4）將模型試驗結果與數(shù)據模擬結果對比分析后發(fā)現(xiàn)，兩種研究方法下圍巖應力變化趨勢相似，說明研究所得結論合理可靠，可作為判斷類