土質(zhì)隧道支護(hù)方式對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響的模型試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國(guó)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(duì)其穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)還不夠完善，因此在修筑隧道工程時(shí)，經(jīng)常會(huì)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(shí)，一般都要對(duì)圍巖設(shè)置支護(hù)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(zhǎng)期以來(lái)，在支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模式與施

2、工措施等方面還存在不少問(wèn)題。因此開展支護(hù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的大尺度模型試驗(yàn)研究，對(duì)地下工程理論的進(jìn)步與現(xiàn)實(shí)工程的實(shí)踐都具有很強(qiáng)的借鑒意義。
　　根據(jù)相似理論并考慮實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件，模型試驗(yàn)采用砂土模擬隧道圍巖，鐵絲模擬支護(hù)錨桿，以充滿水的圓形水帶模擬隧道洞室，通過(guò)調(diào)節(jié)水帶內(nèi)的水頭壓力來(lái)模擬對(duì)隧道洞周圍巖施加的不同支護(hù)力。采用土壓力計(jì)來(lái)量測(cè)圍巖不同觀測(cè)點(diǎn)的土壓力值。分組試驗(yàn)有錨桿支護(hù)與無(wú)錨桿支護(hù)時(shí)不同洞周支護(hù)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(guò)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(hù)力作用下以及不同錨桿長(zhǎng)度加固作用下圍巖穩(wěn)定性的變化規(guī)律。并將試驗(yàn)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(jìn)行對(duì)比分析。
　　通過(guò)對(duì)比分析與研究主要得到以下結(jié)論：通過(guò)對(duì)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(lái)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(chǎng)；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(biāo)準(zhǔn)），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(dòng)區(qū)內(nèi)環(huán)向應(yīng)力小于初始應(yīng)力，松動(dòng)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(hù)后能有效提高洞周圍巖的整體穩(wěn)定性，加強(qiáng)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(hù)長(zhǎng)度與松動(dòng)區(qū)厚度的大小密切相關(guān)。對(duì)比模型試驗(yàn)與有限元模擬結(jié)果，無(wú)論是在有支護(hù)還是無(wú)支護(hù)時(shí)，有限元模擬所得分區(qū)均小于模型試驗(yàn)結(jié)果所得，因此