隧道下穿采空区施工围岩灾变演化的力学机制

• 作者: 李建旺 冯仕文 周喻
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 学科: 交通运输
• 关键词: 隧道 采空区 围岩灾变机制 相似模拟试验 离散-连续耦合
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 地质工程? 土木工程
• 页码范围: 543-554
• 页数: 12页
• 分类号: U456
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.02.023

摘要

以2022年北京冬奥会高速公路交通重大保障工程玉渡山隧道为背景,针对隧道下穿点柱法采空区的施工难题,自主研制隧道下穿采空区相似模拟试验系统,同时结合离散-连续耦合分析方法,分析隧道下穿采空区施工时围岩破裂孕育演化规律,探究围岩灾变演化力学机制.研究结果表明,隧道下穿采空区施工时围岩变形破坏表现出如下特征:1)在隧道开挖过程中,裂缝首先在隧道拱顶和拱腰处产生;当隧道开挖贯通后,隧道拱顶裂缝扩展至采空区底板,采空区顶底板变形曲线大致呈凹槽状;2)隧道持续开挖诱发围岩应力重分布.隧道拱顶应力增量呈先增后减趋势,拱腰、拱脚应力增量呈阶梯状上升趋势,而采空区顶底板应力增量呈先增后减趋势,但增量值与采空区到隧道距离呈负相关关系;3)隧道下穿采空区施工围岩变形破坏过程表现出链式效应,即采空区与隧道间的岩体发生破坏;采空区两帮及矿柱破坏;采空区顶板失稳,岩体破坏向上传导;采空区失稳诱发地表边坡滑坡灾害.