隧洞破坏机理及深浅埋分界标准

通过模型试验与数值分析方法将隧洞破裂面与稳定性引入到定量分析,采用有限元强度折减法,求得围岩破裂面的位置及围岩的稳定安全系数.研究表明,浅埋拱形隧洞破坏来自拱顶,深埋隧洞来自侧壁.通过从浅埋到深埋的数值分析,研究隧洞从浅埋到深埋的破坏过程.结果表明:对于矩形隧洞,当埋深小时逐渐形成浅埋压力拱,当到达某一埋深时,浅埋压力拱消失,同时深埋压力拱(普氏压力拱)出现,可以确定深、浅埋的分界线,当埋深增大至某一深度时,破坏从拱顶转向侧壁;对于拱形隧洞,当埋深小时出现浅埋压力拱,但不出现深埋压力拱,当达到一定埋深后,破坏从拱顶转向侧壁,可以确定深、浅埋的分界线.深、浅埋的分界线主要取决于洞跨与洞形,与围岩强度关系不大,浅埋时围岩可以是稳定的.

大断面隧道深浅埋划分方法研究

在中国现行的铁路和公路隧道设计规范中,隧道深、浅埋的划分是以松弛荷载概念作为基础的,并具有统计上的意义,但这种划分方法线条较粗,并没有充分考虑围岩的自承能力。文章以隧道围岩能否形成安全有效的压力拱为基本原则进行了隧道深、浅埋的划分。对于地表水平或近似水平情况,按平面应变假定,认为面内最大主应力的最大值出现在压力拱的内边界处,而将面内最大主应力方向发生偏转(拱体内最大主应力方向为水平方向,拱体外部最大主应力将恢复为开挖前的竖直方向)的点作为压力拱的外边界;当地表有较大坡度时,由于地形对自重应力场分布产生的影响,这里以等效埋深代替实际埋深,用以修正按地表水平情况计算的深、浅埋分界值。根据上述思路,对目前在建的某四线大断面车站隧道,通过数值模拟,建议取30 m埋深作为隧道深、浅埋分界值。

冰水堆积物隧道松动土压力计算方法修正及应用

由于冰水堆积物独特的力学性质,一般隧洞压力计算公式不能满足冰水堆积物隧洞压力的计算。针对这一情况,通过理论分析推导出侧压力系数,然后利用数值模拟方法对不同埋深下的应力分布特征进行对比,并对土拱效应进行讨论,进而推导出适用于冰水堆积物隧洞压力计算的太沙基松动土压力公式,最后对修正前、后太沙基公式以及铁路隧道设计规范公式进行对比。结果表明:冰水堆积体采用铁路隧道设计规范中的方法会造成隧洞压力计算值偏高,修正后的太沙基松动土压力能较好地反映冰水堆积物隧洞的实际压力。研究成果可为冰水堆积体隧道工程的松动土压力计算提供参考。

砂质黄土地层中既有隧道上方挖方离心模型试验研究

以既有隧道上方挖方工程为背景,运用离心模型试验方法,研究了砂质黄土地层中既有隧道衬砌围岩压力在上方挖方时的变化规律：提出根据衬砌和围岩是否按刚度分配荷载划分深浅埋、以及是否存在挟持力划分浅埋与超浅埋的标准,得到了1.25D^1.75D（D为既有隧道跨度）为深埋和浅埋的分界埋深范围,0.75D^1.25D为浅埋和超浅埋的分界埋深范围;同时发现既有隧道衬砌刚度越大,承载拱范围越小,即刚性支护承载拱边界为1.5D,柔性支护承载拱边界为1.8D;并提出基于衬砌围岩压力相对比例的近接影响分区控制标准,得到刚性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2D,柔性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2.5D;对比0.5D和0.3D挖方步距,发现步距会造成挖方过程中围岩应力路径的差异,施工时宜选用0.3D或更小的挖方步距。试验揭露了砂质黄土地层中既有隧道受上方挖方影响的普遍规律,成果可为类似工程提供借鉴和指导。