土質(zhì)隧道支護方式對圍巖穩(wěn)定性影響的模型試驗研究.pdf

1、隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，隧道在公路、鐵路以及城市地鐵建設(shè)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。由于隧道工程的圍巖介質(zhì)—“巖土”，其物理及力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，我們對其穩(wěn)定性的認識還不夠完善，因此在修筑隧道工程時，經(jīng)常會出現(xiàn)巖體塌落甚至塌方等圍巖失穩(wěn)的情況。隧道工程施作時，一般都要對圍巖設(shè)置支護結(jié)構(gòu)以加固圍巖，保證圍巖的穩(wěn)定性。然而，由于圍巖本身性質(zhì)的復(fù)雜多變且隧道等地下工程的力學(xué)模式與地面工程相比具有很大的區(qū)別，因而長期以來，在支護結(jié)構(gòu)的計算模式與施

2、工措施等方面還存在不少問題。因此開展支護對圍巖穩(wěn)定性的大尺度模型試驗研究，對地下工程理論的進步與現(xiàn)實工程的實踐都具有很強的借鑒意義。
　　根據(jù)相似理論并考慮實際實驗條件，模型試驗采用砂土模擬隧道圍巖，鐵絲模擬支護錨桿，以充滿水的圓形水帶模擬隧道洞室，通過調(diào)節(jié)水帶內(nèi)的水頭壓力來模擬對隧道洞周圍巖施加的不同支護力。采用土壓力計來量測圍巖不同觀測點的土壓力值。分組試驗有錨桿支護與無錨桿支護時不同洞周支護力下圍巖的應(yīng)力變化情況，并與圍巖初

3、始應(yīng)力相比較。分析圍巖應(yīng)力變化規(guī)律，隧道開挖過程中圍巖穩(wěn)定性的變化與分區(qū)規(guī)律；研究不同洞周支護力作用下以及不同錨桿長度加固作用下圍巖穩(wěn)定性的變化規(guī)律。并將試驗結(jié)果與有限元模擬所得結(jié)果以及經(jīng)典理論解析解所結(jié)果進行對比分析。
　　通過對比分析與研究主要得到以下結(jié)論：通過對比分析徑向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力與其各自初始值的大小來確定圍巖的分區(qū)，開挖影響圈的大小約為隧洞跨度的2倍，影響圈范圍內(nèi)應(yīng)力重新分布，形成次生應(yīng)力場；影響圈之外，應(yīng)力改變不大（

4、以應(yīng)力變化量5％為控制標準），為原巖應(yīng)力或接近原巖應(yīng)力。在影響區(qū)范圍內(nèi)圍巖徑向應(yīng)力變小，在松動區(qū)內(nèi)環(huán)向應(yīng)力小于初始應(yīng)力，松動區(qū)外環(huán)向應(yīng)力相比于初始應(yīng)力則有所增加。隧道在添加錨桿支護后能有效提高洞周圍巖的整體穩(wěn)定性，加強洞周圍巖的物理性質(zhì)，增大了圍巖承載區(qū)的范圍，更能有效利用圍巖自身的承載能力。錨桿的支護長度與松動區(qū)厚度的大小密切相關(guān)。對比模型試驗與有限元模擬結(jié)果，無論是在有支護還是無支護時，有限元模擬所得分區(qū)均小于模型試驗結(jié)果所得，因此