不同饱和度下破碎软岩隧道掌子面破坏范围上限分析

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1、第46卷第6期中南大学学报(自然科学版)Vol.46No.62015年6月JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology)June2015DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2015.06.不同饱和度下破碎软岩隧道掌子面破坏范围上限分析杨子汉，杨小礼，张佳华，李永鑫(中南大学土木工程学院，湖南长沙，410075)摘要：基于构建的隧道掌子面二维多块体滑移破坏模式，将非线性Hoek−Brown准则与软岩强度随饱和度变化关系相结合，借助极限分析原理和数值优化手段，提出一种

2、在不同饱和度下估算隧道掌子面破坏范围的计算方法。以广西瑶寨隧道突水突泥事故作为算例，计算得到不同饱和度下隧道掌子面的破坏范围。研究结果表明：岩体的抗压强度随饱和度的提高逐渐减小，且通过参数转换得到的黏聚力与内摩擦角也随之减小；隧道掌子面破坏范围和支护力随饱和度的增大而增大；当饱和度为0.8时，破坏面已延伸至地表，此时维持掌子面稳定的最小支护压力为651.541kPa；在破坏面扩大延伸的过程中，若不采取相应的处理措施，则隧道掌子面将产生突水突泥、塌方等地质灾害。该方法最大的优点是凭借少量的试验参数就能确定隧道掌子面的破坏范围，可作为隧道设计施工中的

3、一种估算方法。关键词：破碎软岩；隧道掌子面；饱和度；上限分析；突水突泥中图分类号：U451文献标志码：A文章编号：1672−7207(2015)06−2267−07UpperboundanalysisofcollapsingareaoftunnelfaceinbrokensoftrocksunderdifferentsaturationsYANGZihan,YANGXiaoli,ZHANGJiahua,LIYongxin(SchoolofCivilEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,

4、China)Abstract:Basedonthemulti-blocksfailuremechanism,acomputingmethodforestimatingthescaleofthecollapsingareaofthetunnelfaceunderdifferentdegreesofsaturationwasproposedbynon-linearHoek−Brownfailurecriterionandtherelationshipbetweenthestrengthofsoftrocksandsaturation.Takingth

5、eaccidentofwatergushingandmudoutburstinYaozhaiTunnelasanexample,thescopeofthecollapsingareainthefrontofthetunnelfacewascomputedunderdifferentdegreesofsaturation.Theresultsshowthatthecompressivestrengthofrockdecreasesgraduallywiththeincreaseofthedegreeofsaturation,sodoesthecoh

6、esionandinternalfrictionanglewhichisobtainedbytheparametertransformation.However,boththescaleofcollapsingareaofthetunnelfaceandthesupportingforcestendtoincreasewiththeincreaseofthesaturation.Whenthesaturationis0.8,thefailuresurfaceextendstotheearth’ssurfaceandthesupportingfor

7、ceapproaches651.541kPa.Moreover,somegeologicaldisasterssuchaswatergushing,mudgushingandthelandslideswilloccurifthefailuresurfaceextendswithoutanyprotectivemeasurement.Thegreatestadvantageofthisproposedmethodisthattherangeofthecollapsingareaofthetunnelfacecanbedeterminedevenba

8、sedonafewexperimentalparameters,whichcanberegardedasakindofestimatin