水－力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究

• 作者: 王家鼎 王建斌 谷天峰 陈朋
• 来源期刊: 工程地质学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 石楼隧道 现场监测 三趾马红土围岩 变形特征 水-力耦合 数值模拟
• 年，卷（期）: 2016,（6）
• 所属期刊栏目: 岩土体工程地质
• 页码范围: 1157-1169
• 页数: 13页
• 分类号: P642.2
• 字数: 10908字
• 语种: 中文
• DOI: 10.13544/j.cnki.jeg.2016.06.015

摘要

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例，通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上，通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数，并建立了隧道三维有限元数值模型，分别对考虑水－力耦合效应、不考虑水－力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨，分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水－力耦合效应的影响程度，并提出了围岩破坏变形机制。结果表明：（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形，围岩应力可分为增长期（＜20d）、调整期（20～60d）、稳定期（＞60d）3个阶段，且整体应力水平较高，下台阶含水量大于上台阶，孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64．0kPa，内摩擦角为27．7°。（3）数值分析表明，隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显，这是由地下水流速场的改变引起的，水力坡降在衬砌面附近最为明显，渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形；考虑水－力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响，地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙，最终汇集于隧底；受开挖、地下水渗流的影响，围岩节理裂隙进一步扩张，成为地下水良好的运移通道；围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大，围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降，反过来，高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性，建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	谷天峰	大陆动力学国家重点实验室西北大学地质系	2	4	2.0	2.0
2	陈朋	大陆动力学国家重点实验室西北大学地质系	2	18	2.0	2.0
3	王家鼎	大陆动力学国家重点实验室西北大学地质系	2	18	2.0	2.0
4	王建斌	大陆动力学国家重点实验室西北大学地质系	1	2	1.0	1.0