土質隧道支護方式對圍巖穩(wěn)定性影響的模型試驗研究.pdf

1、隨著我國基礎建設的不斷發(fā)展，隧道在公路、鐵路以及城市地鐵建設中，都得到了廣泛的應用。由于隧道工程的圍巖介質—“巖土”，其物理及力學性質復雜多變，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，一般都要對圍巖設置支護結構以加固圍巖，保證圍巖的穩(wěn)定性。然而，由于圍巖本身性質的復雜多變且隧道等地下工程的力學模式與地面工程相比具有很大的區(qū)別，因而長期以來，在支護結構的計算模式與施

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，通過調節(jié)水帶內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力變化情況，并與圍巖初

3、始應力相比較。分析圍巖應力變化規(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。并將試驗結果與有限元模擬所得結果以及經典理論解析解所結果進行對比分析。
　　通過對比分析與研究主要得到以下結論：通過對比分析徑向應力、環(huán)向應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，影響圈范圍內應力重新分布，形成次生應力場；影響圈之外，應力改變不大（

4、以應力變化量5％為控制標準），為原巖應力或接近原巖應力。在影響區(qū)范圍內圍巖徑向應力變小，在松動區(qū)內環(huán)向應力小于初始應力，松動區(qū)外環(huán)向應力相比于初始應力則有所增加。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，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。對比模型試驗與有限元模擬結果，無論是在有支護還是無支護時，有限元模擬所得分區(qū)均小于模型試驗結果所得，因此