降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩破坏演化
2024-09-14
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.48.4.第4期2018年7月a民.Á学学报(自然科学版).IIJImNAL Vo1.48 No.4 Ju1y 2018 æ lIOI1I'H斟gr'IJNMIIISI'I\"(
>际.-.4 • ..戴晴\"医单元..为筝., .. 项目t_'IIl\")固，」.撞撞~泊11比皿:1JU俱佳想，A 等紧恻Z如鼠'画自.2:5细2.25x1U声'撞撞\"确磁Z缸\"咽.410.2:5 ZO ιti1 ... 0' ;J.S .值计算fl值讶，草中首先远行钢筋地应为平衡.然后进行隧道开馆模拟.开挖平衡后的坚向地应力揭如图5ß暗示，回申S.表示土ff'~量向应力.隧边开撞撞作初期支护至稳定后.开展降雨人渗攒湿象件下膨胀性黄土隘遭圈缝变形.~也过程模拟，采用自E回狲合模式，在模型上边11-设置相应的lIf商人渗边界条件:..值糠祖国的降商人，_过程是一个鹏态变化过程，不同的时间爆方段土层具有不阔的合水率分布，也对应若不同应力状态.由于土层中相始的舍水率分布未知，假设部层土中的含水均匀分布.图6-图E分别为降而掏钱作用2，12，36，ωh时敢擅计算结果对应的舍水本合位移、等就应为分布云图.团7中D表示合位移.团S中S表示等猿应力.分析固6-团队降雨持续至6011.过程中，隧道澜身及以上膨胀性黄土和砂.1ft黄土舍永率逐步缩大，膨胀性黄土和珍质黄土自:m增加且膨胀位黄土精温.!怪，比外钢身处于偏应地静，左拱愿以上位置岩体自重放大，右披肩以上位置理深校禽，孩使对应位置的回岩变形和洞用等效应为不断增大，最大位移约为2阻，最大等效应为约为1.2MPa. 742 东南义学学3.(自然科学鼠)第48'\"值讨算盘击报相差不大，二者拱，.沉降均的~.5锢，换E水平收.位移均约为2.51ilID.该结果表明.值麟型可有效模拟隧道开馆，为考虑.ø，人豁作用下膨胀俭，曾土隧道回缝磁坏漠化研究奠定了基础.从图画、图叭\"可看出，在降荫开始后约12h 内，隧道擦[1，舍水率几乎无变化12h居其含*阜随时伺呈现扮镰增大趋势，降雨至2Sh后，挨顶舍水率*大重21\"，且精遂开始减If;此时，隧道挨11沉降和锁'水平收敛位移不断上升到这稳定值.并在绞*-时间内保指稳定.降胃持每t.soh后，隧道棋'至棋顶位置舍永率增歪曲U3~.且几乎不再搁大z此时，隧道拱'Di沉降和候11水平收敛位移怠凰蛐丸.丽籍鲁寄至ωh.被硕沉阵最大值约为21.7锢，挨厚水平收敛最大值约为17.4CID;对比分析圃9(b)可看出，却11-07-31隧道且'方前，实测固着挨11沉降和水平收敛但也急剧精大，串串顶沉阵最大值约为18.1皿匾，候'自水平收敛援大值约为14.8mm. 讨货值与实测值偏差分别为16.6\"糊15.4\".综合以上箱巢，隧道回岩变形销况.值讨算M果较实事'值稿偏大.但总体规律吻合貌好.原因是2①敖值讨算模拟扮练戴大降雨情况，来考虑'单商量的变化z②隧道划方前一段时向内.测试Ø:件恶劣，无法测得，.时'11回袋变形值.因而最终耀道田岩变形实事国也偏小.4.2 ..田~~为情况'晴比隧道开挖后，为恼止自回岩应力释放引起的大变形甚至蜘划，应及时施作韧期支炉，使初期支护与囤岩共同受力.因此，为准确就得隧遭圃岩受力情况，可在隧道寄自期支护内设置应力监测点.因10为依值模型与隧道初期文护实事U测点布置情况.圈中sw表示钢魏外债测底，SN表示钢架内'因测点.S飞'SW2..~- _\"_ -SN--2- SNI -_.$W3 SN3、，sw，.亏N4;\"N唱、HSW6llSN6 SN7 ilSW7 」‘卧~8制9.-J.$W8~→-丁昌、9(b】钢损银应;b宴nAII圄:10隧道回fflll为饲点'谜形式回11为隧道开挖稳定和降雨铮续重ωh后初期支护的帘短计算结果.分析可知，隧道开挖平IIIIP ,/ /jOIImaI.刷..也咀街后，周边最大正弯矩(弯矩以桐内侧受控为正〉主要分布在宜边确的中部位置，串串喜事弯短在左右拱肩处戴大，而在挨lJi位置弯短貌小，左拱肩位量为亚弯矩，棋lJ(及有拱肩位置为负弯矩.降雨持串串作用ωh后，与开馆平衡阶段相比，左右边辅及右拱11弯矩划大碗里，其中右边精正弯篇章曾大约2倍.圃12为隘擅开挖稳定和降雨待续至ωb后初期支护的轴力讨，事结果，圈中稍为以Æ为正.分析可知，2种工况下翻期支护各点输方编量相差不大，右边绪和左挟'位置的输为较大.f飞'.Y\"-'飞n-200 圄U腿.11翩寞iP.短份，事也份布曲曲'二\\\\飞\\\\马只马.飞k均t挺、.~佳问~怆.=弘~〈帆1I~o1号↓hH;H;d己1;j113·::憔::凡了‘\\句.:w \\..::::-3七…飞\\如·飞2.制-15 -10 -; 0 5 30 15 .12 距il4顿YIl南阳腿锺11，捆寞纱'由身份.. 值玲布曲\".杨测试位置为2个断面，断面I为揭方前正常里程段DIOS+382.断面E为揭方区司良盟程EDK:7S +220，两断面钢拱银应为监测结果如回13所示(钢架应:b以压为负.拉为置).分析可知，在监测初期.断面E实测钢祭压应为与断面I相差不大，随着陷南人，影响，断而E钢架压应力明显增大，隧道挨顶、换扇及左右边精压应为均增大:3-4 倍.从阁13(的可看出，2.011-07剖隧道盘腿方前，换顶及右换房位量内倒应应力逐渐趋过外倒应应力，出现负弯短区，钢自民有向外挤出的趋势s左然肩及左右边编位置外倒压应为逐渐超过内侧压应力，出现E弯短区，有向内捞出的趋虫~.钢氟弯短分布情况计算结果与实测结果相吻合.-'4. 张万态..，!t11;入渗7膨胀，监黄土蝇注目...~自骨铭743 20 。主Z怕使hH节原惑拍'叮串啪...-品~.而伽，叫.....咱 』…-啪1∞o5 olJ 05.17 05.21 05025 05.29 06.(阻时间(.)幽遭正常里雹... 田I在·主斗S1在!!-15 量.i-21-2 -)0 7-13 07.17 07-21 07-2$ 07-29 0串-02n'I~IJ t盼陇撞直'方组耀-田E…-s叽.'1:唰-宝、寄1，-…S飞.\\'2咀喻-SN2-呻-$、~'J:~S.N3;._SW6:__SN6 -SW7:_SN1 回l3隘也锢1JlA':1萨g则在\"1JJõU化酶\"4.3 .遭圃翁‘坏事l疆会街因14为持绩陈商务件下隧追捕方前洞内徊期支护破坏情况，隧道两侧边蝙出现沿隧道输线方向的裂缝、初支混.圭剥离等现象..14 E纽工组钮.lE拚.瘁:..在降商人渗象件下，膨胀俭黄土回着体精湿膨胀，膨胀力S四大.固着体普遍发生剪切破坏，因此剪应变精量变化在一寇程度上可以表征圃着体变形袋震惊况.剪切应变fI量大的位置tJl!容易形成察院，甚至破坏.圄1S为降雨4811.与ωh后围绕体剪盛宴增量分布情况.圈中S，表示剪切应变瑞量.可\"曲，降雨停钱48h隧道回缉剪切应变增量主要分布在左右边糟处和挑.M:;隧着回着你增温程度选-步增犬..，应变*量迅速湖大并向外延伸扩展z到降雨ωh后，圈幸营体出现草草大的剪切捕'看自丽，在左边捕中部和右边煽上倒剪切应变均十分显著，是造成回岩体划方失稳的主要因素.这也接好地解释了圆14申隧道韧支强坏形式发生的原因.l I I L..l...._I_J L...J 凡\"飞(I!4.，，'01l141。·飞!l0\"'.，:…..眩\"..肉191{吩崎‘(It)ωh 田\".值钱111圃剑_.制鹰'捕.4.4地囊.到J_11II分析团\"为符续降雨条件下隧道塌方萌发地泰山体猾塌俯况.可见，由于赏土为垂宜节理发育.隧道凋内蝠方引起地表山体出现局部开裂、精曾组等灾害.障而ωb后，降商人.作用下膨胀性贫土隧道回岩大变形引起的地表山体塑住区分布情况如图17所示.分析可知降雨人，作用下，下覆膨胀性贫土的山体边放地貌发育出大面貌塑住区，且塑性区分布浴血雄走5串连成一体，形成塑性贯通区.这有效揭示了阵两人，作用下隧道场方引起的地褒开锺及细陷等现... (.) .方段撞巍·输费巍(1)) .方a地窥槽娼回16.方里'回a跑.山'*11.回17国缝钵au:.将区'民筐讶...5 结论1)通过改造PLA俨软件非饱和.流计算板块，及.流越程中主体抗剪强度参敏和膨胀力随含水率变化关系，可核准确实现降商人.下'.撑住黄土隧道回绪大变形破坏植面化分析.恒Ip，ρJoamaL--曲.四744 东南大学学报(自然科学版)第48卷2)降雨持续作用下隧道围岩位移随含水率呈台阶形增长.降雨至25h后，拱顶含水率增长至21% ，此时，增速开始减缓，相应地隧道拱顶沉降和水平收敛位移出现极大值且趋于相对稳定.待降雨持续至50h，隧道拱腰至拱顶含水率约为23%，此时，隧道位移急剧增大，最终引发围岩土体破坏，故在膨胀土隧道工程实践中应特别注意和重视含水率增长转折点，可以此作为安全施工的一项监控指标.3)降雨持续作用ωh后，隧道数值计算结果左右边墙弯矩增大明显、初期支护变形向内挤出，围岩体剪切应变发育显著，山体边坡发育出大面积塑性贯通区，有效揭示了降雨持续作用下洞内发生大塌方，且诱发洞外山体滑坡等现象.鉴于此，对于膨胀土隧道工程，支护结构建议采用刚度大、柔性好的支护方式;隧道洞顶地表及洞外边坡做好排水，必要时需做加固措施.参考文献(References) [1]陈正汉，方样位，朱元青，等.膨胀土和黄土的细观结构及其演化规律研究[J].岩土力学，2棚，30(1):1• 11. 001:10.3叹i9/j.issn.lαXl-7598.2α院01.∞1.Chen zhe叫出血，1'1皿gXiangwei, Zhu Yuanqing, et a1. R岱因此bon meso-structures血d也eirevolution laws of expansive soil皿dloess [J]. Rock and Soil Mechanics, 2α涉，30( 1): 1 -11. DOI: 10. 3969/j. issn. 1αXl-7598. 2009.01.∞1. (in C恤u:se)[2] Rao S M, Reddy B V V, Mi叫田'amM.咀eimp皿dcyclic wetting and世yingon the swellinεbehavio田。f阳出izedexpansive soils [ J ] • Engineering Geology , 2∞1， 6O( 1) : 223 -233. 001:10. 1016/!OO13-7952 (∞) ∞100-4. [3J曾仲戴.阵商人渗下膨胀性黄土隧道围岩力学特性及稳定性分析[D].济南:山东大学土建与水利学院，2014. [4]曾铃，史振宁，付宏渊，等.降雨人渗对边坡暂态饱和区分布特征的影响[J].中国公路学报，却17，30(1):25 -34. ZengLi吨，Shi Zhenning, FIl Hongyuan, et al. Influence of rainfall infil往回onon dis缸ibutioncharac饱risticsoff 8L咿transientsaturated zone [J].αÏ1UJ Joumol o Hig加仰andTransport，却17，30(1):25 -34. (in Chi-nese) [5]李树忱，晏勤，谢班，等.膨胀性黄土隧道钢拱架-格栅联合支护力学特性研究[J].岩石力学与工程学报，2017, 36 (2) :制6-456.四)1:10. 13722/j. cnki. jrme. 2016.。当;99.Li Sbuch钮，Yan Qi且，Xie C血，et a1.四emechani四lbehavior of composite supports of s阳:l-gridin 1∞S8ωDne1 [JJ.。由zeseJoumaJ 01 Rock Mechanics and Engi-neering，却17，36 (2): 446 -456.∞'1: 10. 13722/j. cnki.jrme.却16.田99.(in ch扭郎e)[6]王军，曹平，李红腾，等.降雨入渗对流变介质隧道边坡稳定性的分析[J].岩士力学，2朋，30(7) : 2158 2162, 2167.001: 10.3贤í9/j.issn. 1αXl-7598. 2009. 07. http://jαl1llll1. seu. edu. cn 050. Wang Jun, cao pi晤，Li Jiangte晤，et al. Ana1ysis of 阳悦且tyof tunnel-s1.句leW恤rheologica1medium un也rrainfall扭扭住ation[J].监测r:kand Soil Mechanics，姐:19，30(7): 2158 -2162, 2167.∞'1:10.3师，/j. issn. HXXl-7598.组阴.07.由O.(扭。由ese)[7J陈伟，阮怀宁，张辉.降雨人渗对潢埋偏压隧道及其支护系统的影响[J].现代隧道技术，2∞8，45 (1) : 30 34, 38.001:10. 3969/j. i8皿.1α:19-6582.2∞8.01.α)6.Chen Wei, Ruan H四面ing，Zhang Hui. Influence of rainfall se叩ageon由巳behaviorof an even1y-press田edshallow tunnel and its support system [J]. Modem Tu协nelling Technology, 20C邸，45(1):30-34,38. 001:10. 3货í9/j.issn. 1α:19-6582.2<削.01.α)6.(in Chinese) [8J冯丙阳.膨胀性黄土隧道大变形演化特征及支护对策研究[D].济南:山东大学土建与水利学院，却14.[9]毛提熙.渗流计算分析与控制[M].北京:中国水利水电出版杜，2α曰:7-18.[ lOJ廖红建，玉铁行.岩土工程数值分析[M].北京:机械工业出版社，2(X)6: 225 -230. [11 J Fredlund D G, Xing A Q. Equations for the soil-阴阳ch刷刷sticcurve [ J] .伽adianGeotechnical Jour-nal, 1酬，组(4):521-532.∞[:10.1139/制峭1.[ 12 J Nguyen H V, Durso D F. Ab创制onof water by fib臼webs: An il1llstration of diffusion恤sport[J]. pro-ceed Technical Assoc 01仇ePulp & P句，Jer11U如何，1983,66(12): 76一79.[13 J贾文聪，李永红，党进谦，等.膨胀土强度特性的试验研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版), 却15(5):217 -221,228. 001:10.13加/j.cnki. jnwa-fu.2015.臼.016.Jia Wenco鸣，Li Yongho吨，Dang Jinqia且，et a1. Stren国1characteristics of田pansivesoil [J]. Jouma1 of Northwest A&F University(Naωral Science Edition) , 2015(5): 217 -221，228.001:10.13却7/j.cnki. jnwa-h却15.臼.016.(inα油田e)[14 J丁振洲，郑颖人，李利展.膨胀力变化规律试验研究[J] .岩土力学，加7，28(7): 13组1332.001: 10. 3细9/j.issn.lαXl-7598.2(阳7.07.α)8.Ding Zhen血ou，Zheng Ym'gren, Li Lishc到g.Tria1 study on vari甜onregularity of swe恤gforce [J].局'JCkand Soil Mechanics，腑，却(7):13组1332.∞11:10.3坷的.issn. 1000-7598.2∞7.07.∞8. (in Chinese) [ 15J自福青，如j斯宏，袁骄.撞纸法测定南阳中膨胀土土水特征曲线试验研究[J].岩土工程学报，2011, 33 (6) :但8-933. Bai Fuqing, Liu Sihong, Yuan Jiao. M回S山田nentof swcc of Nanyang expansive soi1 using由efi1田paperm也od[J]. Chinese Joumal of Geotechnical Engineer-魄，2011，33(6):但8归3.(inα血伽)[16J曾仲毅，徐帮树，胡世权，等.增湿条件下膨胀土隧道衬砌破坏数值分析[J].岩土力学，却14，35 (3) : 871-880. Zeng Zho鸣yi，xu B回回1U，Hu Shiqu皿，et a1. Nu-m回ca1analysis of tunnelliner failure mech皿ismin ex-归nsivesoil∞，nsidering water也creaseds圆白[J].矗'JCkand Soil Mechanics，却14，35(3):盯1-880. (in Chi-n幽)