渗水膨胀岩隧洞黏弹塑性蠕变解及变形特性分析

渗水膨胀岩隧洞变形是一个受渗流、膨胀与扩容等多因素影响的复杂时变问题。探讨了其变形机制,建立渗水膨胀围岩受力平衡方程,进而得到反映扩容角影响的弹塑性解,并证明余东明解和侯公羽解是本文解的两个特例。以此为基础,借助改进的西原模型,获得了考虑膨胀应变影响的渗水膨胀岩隧洞黏弹塑性蠕变解,并分析了渗流、膨胀与扩容等因素对洞壁时效变形的影响规律。结果表明:随着内外水头比减小或扩容角增大,时效变形逐渐表现为黏弹塑性;膨胀系数α2只影响围岩黏弹性变形,位移为α2的单调递增线性函数;在隧洞开挖扰动初期,封闭应变迅速发展成位移,对渗水膨胀围岩变形影响极大。所得结论对渗水膨胀岩隧洞施工和变形控制具有一定指导意义。

典型膨胀岩隧洞围岩变形机制分析

某隧洞顶部围岩为凝灰岩,属于典型膨胀岩地层,具有吸水膨胀、失水收缩、膨胀压力大、易风化崩解、强度较低等不良特性。该地区汛期降雨影响洞内地下水环境改变,导致围岩严重变形。分析认为,凝灰岩中亲水性矿物遇水产生的水-岩耦合作用是岩石膨胀与崩解的机理,围岩蠕变收敛与膨胀变形相互叠加产生放大耦合作用,加剧了围岩的变形破坏。根据变形机理,提出了相应的支护措施与建议,对类似膨胀岩隧洞施工具有很好的借鉴参考意义。