r - The Hong Kong Polytechnic University

为 了 推 测 浅 埋 隧 洞 破 坏 机 理 , 进 行 了 浅 埋 隧 洞 破 坏 模 型 试 验 , 并 将 其 与 数 值 模 拟 结 果 进 行 比 较 。
浅 埋 隧 洞 洞 跨 8cm, 洞 高 12cm, 洞 深 15cm, 埋 深 4cm。 图 5 为 模 型 试 验 与 数 值 模 拟 结 果 图 。 模 型
试 验 极 限 荷 载 为 28kN, 数 值 模 拟 极 限 荷 载 26kN, 两 者 破 裂 的 位 置 与 形 状 也 是 相 近 的 。
由 于 传 统 极 限 分 析 方 法 至 今 没 有 求 出 隧 洞 的 破 裂 面 位 置 与 形 状 , 当 然 也 无 法 确 定 隧 洞 的 稳 定 安
全 系 数 或 极 限 荷 载 。 而 采 用 有 限 元 强 度 折 减 法 能 自 动 求 出 破 坏 面 的 位 置 与 稳 定 安 全 系 数 或 极 限 荷
载 , 首 次 给 隧 洞 围 岩 稳 定 性 提 供 了 定 量 判 据 , 从 而 有 可 能 进 行 合 理 的 隧 道 设 计 。
(3) 不 同 埋 深 下 隧 洞 的 破 坏 形 态 与 深 浅 埋 的 分 界 标 准
为 了 研 究 隧 洞 由 浅 埋 破 坏 逐 渐 转 向 深 埋 破 坏 的 过 程 , 我 们 采 用 有 限 元 强 度 折 减 法 , 对 一 个 洞 跨
12m, 高 5m 的 矩 形 隧 洞 与 一 个 洞 跨 12m, 高 5m, 拱 高 3m 的 直 墙 拱 形 隧 洞 进 行 分 析 研 究 [21] , 图 6
列 出 了 不 同 埋 深 下 矩 形 隧 洞 的 破 坏 情 况 及 其 安 全 系 数 。
(a) 埋 深 3 米 , 安 全 系 数 0.52 (b) 埋 深 9 米 , 安 全 系 数 0.66 (c) 埋 深 10 米 安 全 系 数 0.69
(d) 埋 深 15 米 安 全 系 数 0. 7 (e) 埋 深 18 米 安 全 系 数 0.7 (f) 埋 深 30 米 安 全 系 数 0.67
图 6 矩 形 洞 室 的 等 效 塑 性 应 变 图
由 图 6(a) 可 见 , 当 埋 深 3 米 时 , 最 大 的 塑 性 应 变 在 拱 肩 处 , 破 裂 面 自 拱 肩 处 起 呈 拱 形 直 至 地 表 ,
但 拱 未 合 拢 , 安 全 系 数 为 0.52。 由 图 6(b) 可 见 , 当 埋 深 9m 时 , 形 成 了 明 显 的 浅 埋 压 力 拱 , 安 全 系
数 为 0.66。 浅 埋 压 力 拱 的 形 成 与 埋 深 有 关 , 它 是 浅 埋 与 深 埋 的 分 界 线 。 由 图 6(c) 可 见 , 当 埋 深 10m
时 , 拱 顶 上 方 浅 埋 压 力 拱 逐 渐 消 失 , 与 此 同 时 形 成 了 深 埋 压 力 拱 , 即 普 氏 压 力 拱 , 安 全 系 数 为 0.69。
可 见 , 埋 深 10 米 时 出 现 了 突 变 , 由 浅 埋 转 为 深 埋 。 由 图 6(d、e) 可 见 , 当 埋 深 15m、18m 时 逐 渐 形
成 两 条 破 裂 面 : 一 条 是 拱 顶 上 已 形 成 的 普 氏 压 力 拱 , 另 一 条 是 在 侧 面 逐 渐 形 成 的 破 裂 面 , 破 裂 面 自
拱 角 至 墙 脚 , 安 全 系 数 均 为 0.7。 可 见 , 在 埋 深 10~18m 时 , 安 全 系 数 基 本 不 变 , 表 明 普 氏 压 力 拱 与
埋 深 无 关 。 由 图 6 (f) 可 见 , 当 埋 深 30m 时 , 虽 然 普 氏 压 力 拱 仍 然 存 在 , 但 侧 壁 破 裂 面 明 显 先 破 坏 ,
安 全 系 数 随 深 度 增 加 降 为 0.67。 由 上 反 映 了 随 深 度 增 加 隧 洞 破 坏 机 理 的 变 化 与 安 全 系 数 的 变 化 。 拱
形 隧 洞 破 坏 规 律 与 矩 形 相 同 , 只 是 它 不 存 在 普 氏 压 力 拱 。
参 考 文 献 :
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