圍巖側(cè)向壓力對隧道穩(wěn)定性的影響研究

余燦鑫，王增立

(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司， 河北 唐山　063030)

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圍巖側(cè)向壓力對隧道穩(wěn)定性的影響研究

余燦鑫，王增立

(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司， 河北 唐山063030)

摘要：圍巖側(cè)壓力是否對隧道穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，不同的理論有不同結(jié)論。軸比論觀點(diǎn)認(rèn)為，洞室形狀一定時(shí)，豎向壓力和水平方向的圍巖壓力比值和隧道洞室的穩(wěn)定性密切相關(guān)。然而，有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算結(jié)果則表明，泊松比(對應(yīng)不同側(cè)壓力系數(shù))與隧道的安全系數(shù)大小無關(guān)。顯然，這一結(jié)論與軸比論不符，也與實(shí)際不符。以某扁平隧道作為算例，采用改進(jìn)的強(qiáng)度折減法計(jì)算不同泊松比對應(yīng)的破壞形態(tài)及安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明：泊松比對隧道的破壞形態(tài)及安全性有影響，側(cè)壓力越大，則越容易發(fā)生邊墻破壞；側(cè)向壓力越小，則越容易發(fā)生拱部破壞。

關(guān)鍵詞：隧道；穩(wěn)定性；強(qiáng)度折減法；泊松比

1問題提出

上世紀(jì)80年代，于學(xué)馥等[1]提出了軸比論。該理論有如下一些比較重要的結(jié)論。

1) 當(dāng)a/b=λ=υ/(1-υ)時(shí)，隧道為受力的最優(yōu)軸比，整個(gè)隧道圍巖周圍壓應(yīng)力均勻分布，不出現(xiàn)拉應(yīng)力，出現(xiàn)的最大應(yīng)力值最小。式中：a、b分別為橢圓隧道的短半軸和長半軸；λ為側(cè)壓力系數(shù)；υ為土體泊松比。某隧道橢圓形洞室受力示意如圖1所示。

2) 當(dāng)a/b=2λ/(1-λ)=2υ/(1-2υ)時(shí)，在邊墻產(chǎn)生零應(yīng)力，整個(gè)隧道仍不產(chǎn)生拉應(yīng)力。

注：qx為水平方向側(cè)壓力，qz為豎向側(cè)壓力系數(shù)，θ為極角，r0為極徑。

隨著計(jì)算力學(xué)的發(fā)展，自上世紀(jì)70年代起，采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算隧道安全系數(shù)的技術(shù)方法不斷興起，這種方法最初用于邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，由于其與理論解非常吻合，故逐步得到認(rèn)可。……