黄土隧道围岩变形的长期观测

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1、黄土隧道围岩变形的长期观测及其稳定性的分析赵学勐1，3倪玉山21西安公路研究所2复旦大学应用力学与工程科学系3珠海市环太建设科学研究所计算围岩压力的两种学说1·为围岩松动压力说（太沙基1943，普罗托基雅科诺夫1955），认为由于土体塌落而引起地层压力。2·为土体变形压力说（1981）主张围岩压力是由开挖卸荷，土体变形，挤压衬砌而引起。孰是孰非？工程经验总结两项1·衬砌晚做，以让土体及初期支护产生有限的安全变形，释放一定的应力；2。随挖随砌，及时回填，如衬砌设置较早，则有可能使洞周土体塑性区大大减小，甚至不出现。何者为宜？可应用的研究方法1.调

2、查统计法，铁路部门调查了127座隧道的417个塌方资料（其中包括黄土隧道的部分）；建筑部门实测了16个黄土土洞衬砌地层压力；公路部门对民间大跨径黄土洞的稳定情况做了调查；2.弹塑性数值分析，绘出洞周土体主应力等值线，塑性区范围；3.土工离心模型实验，揭示其内在规律；4.现场足尺结构实验，真实，可靠，但周期长。观测结果洞宽4米，洞高4.7米，埋深56…95米，穿越黄土Q1，其上复盖有黄土Q3。土性指标：Q1，厚度26米，湿容重20KNM3，C＝90KPA，＝30；Q3，厚度69M，湿容重15KNM3，C＝37KPA，φ＝26°40′。图1南崩坍段逐

3、步发展图（1:50）图2北崩坍段逐步发展图（1:50）图3在隧道外边进行荷载试验的衬砌结构图(单位：cm)图4衬砌结构试验得到的荷载与变形的关系曲线围岩整体稳定性分析取土洞横截面的一半来看，其临空面与土坡表面相似，所以可将土坡稳定性分析理论移植于此加以应用。此时，其围岩上部土体自重所产生的剪切滑动力与土体强度所提供的承载力之间的平衡关系即是其稳定性大小的反映。按B。B。索科洛夫斯基的松散介质极限平衡理论，绘制土洞围岩的剪切滑动网络如图5所示。图5滑动网络图图5中，010203为主动应力状态区，010304为过渡应力状态区，010405为被动应力状

4、态区。此滑动网络所示的范围就是半个土拱的剖面。在无偏压情况下，作用于对称平面0102上的滑动力与承载力皆呈水平向分布。水平承载力为P0－P1，其中，P0由土的抗剪强度产生，均匀分布于0102竖直面上；P1由滑动网内的体积力产生，为三角形分布，是拉力。此水平承载力仅仅与土的抗剪强度，土的容重，洞横截面高度及宽度等有关，而与洞的埋置深度毫无关系。水平推力按图6计算得到，其关键的位置是点O7，此系通过O2点的水平线与过O6点的倾斜角为45＋2的斜线所相会的交点。对O7O2O1O6所示的土体取力系平衡即得水平推力。此水平推力不仅与土洞所穿越土层的抗剪强度

5、，土的容重，洞的横截面高度及宽度等有关，而且也与土洞的埋深和初始应力状态有关。图6推力计算示意图Q1黄土层中的深埋隧道的计算结果为：水平推力：633T（埋深95M时）；391T（埋深56M时）；承载力349T，这表明此试验隧洞围岩不稳定，发生坍落是必然的。Q2黄土中的浅埋隧洞，埋深24M，土性指标C＝64KPA，＝30，湿容重＝20KNM3，洞宽5。4M，洞高5。6M，水平推力180T，小于承载力199T。当Q2黄土受水浸湿后，C值降低，则围岩变为不稳定，及时对其加以衬砌是必要的.结论1.此项研究揭示了隧洞土拱作用的机理和其形状，据此提出了一种评

6、价黄土隧洞围岩整体稳定性的方法。2.通过围岩稳定性分析就可以对两种计算地层压力的学说和两类施工经验的适用范围有所了解。3.试验隧道的长期观测表明，应用那既有预防土体风化的功能，也可适应一定变形，又具有一定承载能力的较薄衬砌，与随挖随砌的施工工艺相配合，确能足够保证工程施工和运营期间的安全，其经济效益也会是可观的。