采矿与安全工程学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (6): 1148-1157.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0110

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软弱缓倾层状岩层隧道围岩结构变形与失稳机制试验研究

李元海1,2,赵万勇2,朱茂国3,刘德柱2,于恒2   

  1. 1. 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州221116; 2. 中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏徐州221116; 3. 中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津300308
  • 出版日期:2024-11-15 发布日期:2024-11-29
  • 通讯作者: 赵万勇,E-mail: 1761221158@qq.com,Tel: 18953019813
  • 作者简介:李元海(1969— ),男,安徽省六安市人,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程计算机视觉量测和隧道工程围岩稳定性方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(52274141);国家重点研发计划项目(2022YFC3003304)

The deformation and unstability mechanism of surrounding rock of tunnel in the soft and gently dipping layered strata

  • Online:2024-11-15 Published:2024-11-29

摘要: 为探究软弱缓倾层状岩层隧道围岩结构变形与失稳机制,通过大比例相似模型试验,采用自主开发的岩土计算机视觉量测系统 PhotoInfor进行围岩变形时空演变过程观测分析,并通过建立围岩结构力学模型探讨围岩失稳机制。研究结果表明:软弱缓倾层状隧道围岩变形的空间分布特征是首先在拱顶处产生裂纹,随着围岩荷载增加,左右拱肩出现垂直于层理面方向的裂纹并与层理面及拱顶裂纹贯通,进而形成剪切楔并最终塌落导致围岩失稳;缓倾层状岩体存在顺层偏压现象,在荷载作用下围岩结构变形明显左右不对称,在时间演变特征上表现为经历顶板断裂、拱肩失稳和隧道坍塌3个阶段;根据试验现象观测,提出可将隧道围岩顶板与拱肩岩层处分别简化为受均布荷载的简支梁、悬臂梁和受非均布荷载的简支梁力学模型,以此揭示了软弱缓倾层状隧道的围岩结构变形与失稳机制。

关键词: 隧道工程, 层状岩层, 围岩结构, 模型试验, 力学模型

中图分类号: