变埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性破坏试验与数值模拟.pdf

文档介绍：第 29 卷第 6 期岩石力学与工程学报 Vol. 29 No. 6
2010 年 6 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June,2010



变埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性
破坏试验与数值模拟

朱合华 1,2,黄锋 1,2,徐前卫 1,3
(1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;2. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;
3. 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200030)

摘要:以一定范围内埋深(25~60 m)的 3 车道公路隧道软弱破碎围岩(公路隧道 IV 级)为研究对象,研制相似模型
材料和配套试验设备,再现开挖后围岩的渐进性破坏全过程,分析不同埋深下围岩的应力场特征。通过模型材料
室内试验获取岩体相关计算参数,引入弹塑性损伤本构模型对试验工况进行有限元数值模拟,计算结果与模型试
验吻合较好。综合模型试验和数值模拟结果,可以得出以下结论:(1) 围岩破坏区是隧道塌落荷载的来源,主要集
中在拱顶上方区域,在两侧边墙下方和拱底也有局部存在;(2) 隧道埋深对围岩破坏区域大小有重要影响,随着埋
深的增大,围岩破坏区域呈渐进扩大趋势;(3) 围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高而后逐渐降低,其最大值所
在位置即对应压力拱位置,且该位置随着破坏区域的扩大而不断向围岩内部移动,形成动态压力拱现象;(4) 通过
对围岩内部周向应力最大值的测试来获取隧道压力拱范围,并进而确定围岩塌落荷载大小,这在理论上是可行的。
关键词:隧道工程;围岩;渐进性破坏;模型试验;数值模拟;开挖损伤区
中图分类号:U 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2010)06–1113–10

MODEL TEST AND NUMERICAL SIMULATION FOR PROGRESSIVE
FAILURE OF WEAK AND FRACTURED TUNNEL SURROUNDING ROCK
UNDER DIFFERENT OVERBURDEN DEPTHS

ZHU Hehua1,2,HUANG Feng1,2,XU Qianwei1,3
(1. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education,Tongji University,Shanghai 200092,
China;2. Department of Geotechnical Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;3. School of Naval Architecture,
Ocean and Civil Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200030,China)

Abstract:By taking the weak and fractured surrounding rock(de