软弱破碎隧道围岩开挖面稳定性的拟三维模型试验研究

Pseudo-three-dimensional experimental study on tunnel face stability in weak and fractured rock mass

在软弱破碎围岩中进行隧道开挖,往往因岩体应力过大或围岩过分变形而导致开挖面失稳破坏,并引发隧道塌方事故。本文以Ⅳ类破碎围岩为参照对象,首先将其等效为单一均值地层,随后利用相似模型材料对隧道地层进行模拟,并在不同加载模式下再现隧道开挖,研究了开挖面的破坏模式及其渐进破坏特征。结果表明,在缓慢加载模式下,开挖面呈穹顶式塌方,而在快速加载模式下,开挖面呈通天型塌方;隧道开挖后的初期,开挖面上部范围岩体的侧向位移较大,而在后期底部岩体侧向位移迅速增大,并最终形成自下而上的破坏面;隧道开挖后,开挖面前方岩体水平向应力增量最大值位于开挖面上部但靠近隧道中线的位置,而竖向应力增量最大值则始终位于开挖面轮廓的顶部。