膨脹土隧道開挖過(guò)程的模型試驗(yàn)研究及其三維數(shù)值模擬.pdf

1、隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力發(fā)展，隧道作為交通設(shè)施的一部分，起著十分重要的作用。然而我國(guó)許多地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，在隧道的建設(shè)期常會(huì)遇到膨脹性巖土，這種不良地質(zhì)體會(huì)使隧道結(jié)構(gòu)遭到破壞。造成這一現(xiàn)象的主要原因是我們對(duì)膨脹土脹縮機(jī)理及其工程特性的認(rèn)識(shí)不足，由于膨脹性圍巖遇水后易軟化并產(chǎn)生膨脹力，在隧道開挖過(guò)程中圍巖會(huì)產(chǎn)生較大變形，甚至破壞，給工程帶來(lái)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(nèi)物理模型試驗(yàn)，對(duì)整個(gè)開挖過(guò)程中

2、圍巖關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采用FLAC3D軟件對(duì)三種開挖方法（全斷面法、上下臺(tái)階法、CRD法）下的隧道施工進(jìn)行三維數(shù)值模擬，對(duì)膨脹土隧道在雨季施工中圍巖變形和應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行了探究。本文主要成果和結(jié)論如下：
　　1）通過(guò)開展室內(nèi)基本實(shí)驗(yàn)，對(duì)膨脹土的一般物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，對(duì)膨脹土的抗剪強(qiáng)度與含水率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，膨脹土的粘聚力和內(nèi)摩擦角均隨著含水率的增大而減小。
　　2）通過(guò)模型試驗(yàn)研究可知：在隧道開挖過(guò)程中，拱頂

3、和拱底處圍巖應(yīng)力變化較拱腰處圍巖應(yīng)力變化大，且在隧道開挖至觀測(cè)面時(shí)圍巖應(yīng)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(yīng)力釋放率逐漸減小，應(yīng)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(nèi)。
　　3）通過(guò)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(cè)向中間收斂；圍巖應(yīng)力變化均沿隧洞豎向呈對(duì)稱分布，豎向應(yīng)力集中主要表現(xiàn)在隧洞兩側(cè)，而拱頂和拱底區(qū)域形成水平受壓區(qū)；當(dāng)掌子面在觀測(cè)

4、面前后一倍洞徑范圍內(nèi)時(shí)，隧洞附近圍巖應(yīng)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(shí)采取支護(hù)措施。綜合對(duì)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(yīng)力增長(zhǎng)，而采用CRD法施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)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(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，兩種研究方法下圍巖應(yīng)力變化趨勢(shì)相似，說(shuō)明研究所得結(jié)論合理可靠，可作為判斷類