贯穿隧道的节理对隧道稳定性的影响

刘邦^1,2,3，朱哲明^1,2，周磊^1,2，李盟^1,2，刘瑞峰^1,2

1. 四川大学建筑与环境学院2. 四川大学深地科学与工程教育部重点实验室3. 宜宾学院经济与管理学院

摘 要：隧道常贯穿节理和断层,在隧道使用过程中,这两个方面对隧道的稳定性有很大影响。将节理及断层近似为穿越隧道的裂纹,通过模型试验和数值模拟相结合方法研究其在双轴压力作用下的损伤破坏规律。试验采用砂岩制作隧道模型,模拟采用Abaqus软件进行。使用Abaqus模拟计算出隧道围岩的应力分布以及裂纹尖端的应力强度因子,与实验结果比较吻合。结果表明:(1)穿越隧道不同倾角的裂纹对隧道的整体稳定性及强度的影响不同,在裂纹尖端产生的应力集中也不同,当贯穿裂纹倾角θ=40°时,裂纹对其整体稳定性及强度的影响最大,裂纹两端的应力集中现象最为明显,KⅡ值最大,隧道剪切破坏较为严重,破坏应力峰值仅为无裂纹模型的41.77%;(2)当贯穿裂纹位于θ=0°位置时,K_Ⅱ值很小且接近于0,在竖直压力下裂纹闭合,裂纹尖端的应力集中不明显,裂纹比较稳定,隧道的破坏应力最大,为无裂纹隧道模型的91.23%,即此位置是隧道稳定性最强位置;(3)隧道在竖直应力和侧向压力下,隧道的破坏主要表现为拱肩、边墙、裂纹尖端、拱脚的压剪破坏和拱底、拱顶的拉伸破坏。

关键词：贯穿节理;隧道;数值模拟;应力强度因子;稳定性;