围岩恶化对黄土公路隧道变形特征影响研究

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1、围岩恶化对黄土公路隧道变形特征影响研摘要：本文以离心模型试验为研究手段，分析了含水量变化对黄土公路隧道变形特征的影响。试验结果表明：围岩性质恶化后，隧道开挖引起的地层沉降值增大，沉降范围亦有明显的增大。关键词：模型试验隧道地层变形黄土0引言黄土公路隧道围岩即为黄土，基于现有对黄土的认识，黄土物理性质参数相对于力学性质参数变异性较小，且考虑到容易获取等因素，黄土含水率是最为敏感的参数项。因此,围岩性质对黄土公路隧道地层变形规律影响时重点考虑含水率的变化。围岩含水量的改变对黄土隧道的变形特征有着至关重要的影响。一般来讲，黄土隧道的土体处于非饱和状态，这种天然条件下的三相状态使

2、黄土内部长生较强的基质吸引力，与黄土的胶结力一起决定了黄土的结构强度，在含水量较低的情况下能保持稳定。含水量增大后，一方面使得黄土自身的抗剪强度降低，在较低含水量情况下表现出的直立性强的特点不复存在。另一方面，隧道在开挖阶段由于自重应力的作用上方土体的水分子逐步向下方转移，使得靠近地表上方的土体多干燥而靠近拱顶处的土体含水量急剧增大。这不仅导致水分子作为外荷载对隧道的受力有影响而且使得不同深度处土体的物理力学和力学性质发生了改变。在同一压实度下，内聚力C随含水量增加而迅速降低，内摩擦角©也降低但幅度较小[1-2]o1试验介绍1.1试验模型根据模型箱尺寸确定此次试验模型比例

3、尺为1：100o隧道模型采用实心木质模型，断面尺寸为《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)标准两车道断面，木模型外轮廓尺寸为宽12cm,高9.5cm,厚6cm,拱顶上方填土厚度为30cm。试验模型填土取用最大粒径不超过加m的黏质黄土，其物理力学指标如下：含水量19%,击实密度1.94g/cm3,粘聚力34kPa,内摩擦角28°o1.2试验具体过程首先，将制备好的试验用土按每次填土高度不超过5cm分层填入试验模型箱内并夯实，并按照试验设计安装好隧道模型。然后，将制作好的试验模型放入离心机室逐级施加离心力场到100g,待土体变形稳定约2小时后停机，使隧道模型洞周土体固

4、结，实现初始应力场的还原。接着，施加重力场结束后，打开模型箱侧盖取出隧道模型使得隧道开挖成型，用刮土刀适当修整隧道轮廓让其平顺光滑，再将取出的木模型放入开挖洞室内，实心木模型可模拟隧道支护结构的施做。最后，将穿有色彩鲜明胶带的大头针按照2cmX2cm的间距依次插入试验模型有机玻璃侧面，将模型箱再次放入离心机室，开始试验量测工作。2不同含水量试验结果分析为了更好的分析含水量变化对黄土公路隧道变形特征的影响，在进行模型试验时分别配制两种不同含水量（17%、20%）的黄土，在两种净距工况下（0.5D、2D）进行离心模型试验。选择两个具有代表性深度的地层进行分析，即距拱顶2cm、

5、20cm,一个代表靠近拱顶处的土层，另一个代表靠近地表处的土层。试验结果见图1〜图2,曲线图中LL0.5D、RRO.5D分别为左洞左侧和右洞右侧,LM、RM为左、右洞各自中线。图1双洞净距为0.5D地层沉降曲线图2双洞净距为2D地层沉降曲线从图1可以看出，当含水量为17%、双洞净距为0.5D时,隧道双洞由于距离近相互影响作用明显，在两隧道之间形成了一个应力叠加区，但含水量较低时土体依然可以保持很强的直立性，形成了一个缓而浅的沉降槽；当含水量增大到20%后，黄土因含水量过髙崩解作用明显，靠近拱顶处的土体沉降值自LLO.5D左侧开始出现明显的下沉，随距MM距离的减小，土体沉降

6、加剧，两种含水量工况下竖向沉降差增大，形成了一个深而陡的沉降槽。靠近地表处的土体因影响范围大沉降曲线相对缓和，含水量增大后两沉降曲线的差异性主要由LLO.5D偏左侧开始，表现为沉降差逐渐增大至MM处后逐步减小至两者重合。从图2可以看出，当含水量在17%、双洞净距在2D时，双洞同时开挖相互间影响几乎没有，两隧道间土体受双洞开挖影响极小，形成了一个宽而平的承载土柱体，靠近拱顶处的土层沉降曲线近似两个独立隧道的叠加。含水量增大后，地层条件的恶化使得拱顶上方土体的沉降值增大，这也波及到两隧道中间土体，土柱体因受左右洞开挖的影响明显增强沉降增大。靠近地表的土层受双洞净距的影响虽没有

7、靠近拱顶处土层明显，但依然可以看出两洞拱顶上方的土体沉降值明显在增大。含水量增大后，隧道开挖引起的地层沉降值增大而且双洞间的相互影响在该深度地层叠加使得MM处的土体沉降值又大于拱顶上方土体的沉降值，双峰值曲线形式不明显。3结论1、含水量由17%增大到20%,各地层沉降曲线在同等工况作用下沉降值明显增大，沉降范有所扩大，两洞之间土体竖向沉降值增大趋势明显。2、含水量由17%增大到20%,双洞净距对黄土公路隧道变形特征影响更为敏感，在围岩较好工况下两隧道易在中间形成具有一定自稳能力的承载土柱体。这说明围岩条件越差在施工时更应该要主