土質隧道施工期圍巖壓力拱變化規(guī)律試驗研究.pdf

1、隧道開挖使圍巖的原始力學平衡狀態(tài)遭到破壞,隧道洞周巖體應力場進行應力重分布,以適應新的變化,如果圍巖二次應力小于巖體屈服極限,則圍巖仍處于彈性安全狀態(tài),否則圍巖將進入塑性狀態(tài)。在距洞壁一定范圍的圍巖,因為隧道開挖施工而產生向洞內位移,由于“楔緊”效應而形成壓力拱或土拱。彈塑性區(qū)分布與壓力拱效應密切相關。彈塑性變形區(qū)范圍與支護應力的關系,土拱與支護應力的關系,拱效應的作用范圍如何劃分,則有各種觀點和假設。由于對這些問題缺乏深入的試驗研究,

2、在隧道工程設計和工程實踐中,對于隧道的支護結構,安全儲備有時高于實際的需要,圍巖自承載能力不能得到充分的利用和發(fā)揮,使建造不夠經濟;還有一些情況是,隧道工程設計和建造的安全度不夠,有可能會出現(xiàn)不同程度的質量問題和安全事故。因此,開展隧道彈塑性變化影響范圍和圍巖拱效應機理和分布范圍的研究,對軟弱圍巖隧道設計與安全施工和防災減災具有重要的指導意義。本文主要工作如下:
　　作者在綜合分析文獻資料的基礎上,對圍巖開挖后應力、應變變化規(guī)律進

3、行了簡要介紹;以相似理論為基礎,對隧道模型試驗進行了設計與制做;通過對隧道洞體開挖過程中各載荷步、不同洞周土體力學參數(shù)條件下各部位應力分布數(shù)據(jù)進行歸納統(tǒng)計整理,研究了在不同圍巖條件下各部位應力分布的變化規(guī)律,對圍巖彈塑性區(qū)劃分進行了討論,介紹了承載塑形區(qū)的特點并提出充分利用承載塑形區(qū)自穩(wěn)能力的觀點,討論了壓力拱拱體內外邊界定義及相應合理的判定方法,得到了壓力拱拱體隨著隧道硐室開挖的進行而動態(tài)分布變化的規(guī)律,總結出了壓力拱拱體的形成機理以

4、及其與圍巖穩(wěn)定性關系。
　　本文通過對模型試驗數(shù)據(jù)的分析,得到了圍巖三種路徑的應力分布規(guī)律,研究了切向應力最大值與大主應力的最大值的關系,以及應力最值與壓力拱的拱體范圍的變化關系。通過分析模型試驗圍巖一定范圍的位移實測值,得到了洞壁位移在開挖過程中的發(fā)展規(guī)律。從位移角度,研究了洞室開挖對洞周圍巖擾動影響范圍,并評價圍巖洞壁各部位的穩(wěn)定性。從位移場的角度出發(fā),總結了圍巖彈塑性位移的變化規(guī)律,提出了用相關路徑位移曲率拐點來確定壓力拱拱