隧道围岩的黏弹塑性变形及其地层沉降分析

• 作 者: 夏晓
• 出 处: 华侨大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 空间效应 黏弹塑性 围岩支护 围岩变形 地层变形

由于工程的需要,许多工程都涉及到隧道的开挖。近年来,与隧道有关的工程事故屡见不鲜。因此有必要对隧道岩体的变形进行研究。由于隧道围岩的变形是各种因素相互作用的结果。研究各因素对隧道围岩变形及地层沉降的影响,有利于控制围岩变形及地层沉降。本文对隧道开挖引起的隧道围岩变形及地层沉降进行理论分析。以Levy-Mises本构关系为基础和D-P屈服准则,选用西原模型,计算围岩黏弹塑性变形,代入Hoek弹性模量公式,探讨围岩变形规律。采用收敛约束法分析在变支护反力条件下围岩的变形及支护作用。考虑岩体的流变特性,采用应力叠加的方式得到浅埋隧道复变函数的黏弹性解,分析浅埋隧道围岩变形及地表沉降。以随机介质理论为基础,提出通过折减系数来计算浅埋隧道的收敛半径,并进行地表沉降的预测。主要成果如下:(1)岩体结构特征和开挖扰动对围岩变形有较大的影响,岩体质量越好、开挖的扰动越小,围岩的变形越小。开挖面推进速度较快时,隧道围岩变形越剧烈;不同的开挖速度最终围岩变形相差不大。(2)支护可以抑制围岩的流变变形,隧道开挖宜尽早支护,在低应力时尽可能的增大支护的支护刚度;在高应力时尽可能的增大支护的最大支护反力。(3)支护结构对隧道变形的抑制作用有限,要想达到较好的支护效果,必须施加足够大的支护反力。侧压力系数大于1时,形成宽而浅的地层沉降曲线。侧压力系数小于1时,形成窄而深的地层沉降曲线。(4)通过对隧道围岩位移进行折减得到适用于浅埋隧道的收敛半径,能够较好的预测地层沉降。以上研究成果对分析隧道开挖产生的岩体变形以及引起的地层沉降有一定的参考价值。