关键词:
隧道工程
破坏模式
离散元模拟
层状岩体
高水平应力
摘要:
【目标】研究层状岩体隧道在高水平构造应力环境下开挖的破坏机制与稳定性问题。【方法】以太行山隧道穿越层状砂质板岩为背景,通过建立PFC2D离散元隧道开挖数值模型,研究了侧压系数、结构面间距和结构面倾角变化对隧道稳定性及破坏模式的影响。【结果】当岩层与主应力的方向平行或正交时,裂纹数目明显小于与主应力斜交的工况。倾斜岩层条件下,主地应力方向为竖向时,隧道围岩开挖后断裂规模大于水平方向工况,对于水平岩层与陡立岩层这一结果相反。岩层倾角决定了隧道围岩的破坏模式。在水平构造应力影响下,水平岩层破坏为岩层挤压卸荷后的脆断,倾斜岩层则是发生压弯折断与剪切断裂,垂直和陡立岩层受力呈现固端梁的弯曲特征。水平岩层工况中隧道围岩变形最小,倾斜岩层变形最大,围岩最大变形为垂直岩层走向的拱部与底部位置,陡立与垂直岩层的变形呈现“蝴蝶”状,以边墙处的弯曲折断挤压变形为主。【结论】岩层的厚度直接影响了岩层的承载能力。水平岩层在中厚及薄层时(层厚<0.5 m)较容易引发较大规模的断裂事件,倾斜岩层在厚层0.5~1.0 m及以下时容易发生大规模的断裂侵限事件,而陡立岩层在厚层0.5~1.0 m及以下时容易发生大规模的断裂事件。