圍巖拱頂空洞對隧道穩(wěn)定性影響規(guī)律研究.pdf

1、隨著我國公路建設(shè)規(guī)模的日益擴大,公路隧道建設(shè)取得了很大的發(fā)展。然而,由于地質(zhì)條件、地形條件、氣候條件和設(shè)計、施工、運營過程中各種因素的影響,不少公路隧道襯砌背后的圍巖產(chǎn)生各種各樣的缺陷,導(dǎo)致隧道建成后,出現(xiàn)各種各樣不同程度的病害,這給公路運輸帶來了安全隱患。
　　 本文以慈母山隧道為背景,采用數(shù)值模擬的方法重點研究了隧道建成后,拱項襯砌背后存在不同形狀、不同尺寸的空洞時隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)性態(tài);通過運用有限元強度折減法計算隧道結(jié)構(gòu)存在

2、不同空洞時的安全系數(shù),進(jìn)而綜合評價隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。
　　 針對隧道襯砌背后存在不同形狀、不同尺寸空洞時施工力學(xué)特性復(fù)雜的特點,本文結(jié)合工程實例,采用數(shù)值模擬手段進(jìn)行三維彈塑性分析。本文主要分析在隧道橫斷面上呈臺梯形、矩形及三角形等不同形狀的空洞。針對每一種空洞形狀,本文分別建立空洞在不同臨空高度、不同環(huán)向?qū)挾?、不同隧道縱軸線方向長度的仿真模型。分析得到了在不同工況下,隧道圍巖體的位移應(yīng)力變化規(guī)律及空洞下方初期支護的拉壓應(yīng)力

3、變化規(guī)律。當(dāng)襯砌結(jié)構(gòu)背后存在空洞時,引起圍巖應(yīng)力的重分部,分部規(guī)律更加復(fù)雜。因此,綜合評價空洞對隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性,不能單純分析結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力應(yīng)變情況。本文特引入有限元強度折減法采用特定的收斂準(zhǔn)則計算得出隧道結(jié)構(gòu)的安全系數(shù),研究空洞對圍巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞的作用規(guī)律。
　　 為了分析空洞對圍巖體的影響,進(jìn)行了依托工程隧道在不同空洞條件下的圍巖和支護結(jié)構(gòu)變形及受力特性分析。研究計算結(jié)果表明:在Ⅳ級圍巖條件下修筑隧道,當(dāng)襯砌結(jié)構(gòu)背后存在局

4、部空洞時,空洞對整個結(jié)構(gòu)體的位移及空洞附近圍巖壓應(yīng)力影響不大;當(dāng)空洞的各向尺寸減小時,空洞下方初支應(yīng)力有不同程度的降低,而空洞環(huán)向尺寸的變化對初期支護受力影響最大;給出了隧道結(jié)構(gòu)受力發(fā)生轉(zhuǎn)折時的空洞環(huán)向尺寸為4.0m。
　　 最后總結(jié)出空洞對隧道結(jié)構(gòu)安全性影響規(guī)律大致如下:不同方向空洞尺寸對結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)影響程度由大到小依次為:環(huán)向、縱向、高度方向。其中,當(dāng)空洞環(huán)向?qū)挾冗_(dá)到4.0m時(即圓心角為30°時),隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低較