基于突变理论的高压岩溶隧道掌子面稳定性研究

为研究马蹄形隧道前方存在正交高压溶洞时中间岩墙的承压能力和破坏模式,在考虑溶洞位置和尺寸对中间岩墙稳定性影响的基础上,建立掌子面失稳破坏的圆锥台模型,并通过势能判据的尖点突变理论得到掌子面失稳时的溶洞临界压力。同时开展室内模型试验,揭示高压溶洞与隧道正交时中间岩墙的破坏特征,并结合数值计算对掌子面破坏模型进行了补充验证。研究结果表明:溶洞临界压力随中间岩墙厚度、围岩等级的增大而增加,随溶洞尺寸的增大而减小,且围岩弹性模量的变化对中间岩体的稳定性有显著影响;中间岩墙厚度超过0.35倍洞径后,溶洞已不是造成掌子面破坏的主要因素;引入压力扩散角?描述溶洞与隧道处于不同正交位置时中间岩墙的破坏形态,发现溶洞临界压力与靠近溶洞一侧的隧道边界曲率正相关。破坏模型贴近工程实际,所得结果与试验基本吻合,可为高压岩溶隧道的设计与施工提供参考。