下穿隧道开挖对松散堆积边坡稳定性影响的物理模型试验研究

作     者：陶志刚 张庆周 杨晓杰 赵菲菲 曹诗定 李韫芃 TAO Zhigang;ZHANG Qingzhou;YANG Xiaojie;ZHAO Feifei;CAO Shiding;LI Yunpeng

作者机构：中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 深圳市综合交通设计研究院有限公司广东深圳518003 

基　　金：国家自然科学基金专项资助项目(41941018) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第S1期

页      码：61-76页

摘      要：隧道与边坡的空间展布特征、边坡岩体结构特征、隧道开挖工序、其他影响外因等直接关系到隧道和边坡的协同稳定特性。为探究复杂地质条件下隧道-边坡体系的稳定性,以深圳部九窝弃土场堆积体边坡为研究对象,通过物理模型试验探索隧道下穿开挖扰动影响松散堆积体边坡的变形机理。首先,基于隧道和边坡实际几何特征和空间展布特征,确定最佳相似比,构建上覆松散堆积体边坡的物理模型;然后,开展了降雨条件下大断面隧道下穿开挖与未开挖两种工况的物理模型对比试验,通过分析降雨条件下坡体内部含水率、孔隙水压力和土压力的变化规律,揭示了降雨条件下在松散堆积体边坡下方开挖大断面隧道导致边坡失稳的变形机制;最后,采用具有负泊松比特性的恒阻大变形锚索,提出大跨度隧道的围岩NPR(Negative Poisson’s Ratio)锚索控制措施,并通过数值模拟进行控制效果验证。研究结果表明:经过一定的降雨历时,松散堆积边坡的破坏由表层扩展到深层,主要变形模式为冲蚀型冲沟;隧道下穿开挖会形成较大范围的松动圈和临空面,当边坡冲沟掏蚀区与隧道松动圈重叠后,隧道内易发生涌水、局部塌方等灾害,继而诱发上覆边坡出现局部滑塌破坏现象。采用NPR锚索对下穿隧道围岩进行高预紧力应力补偿控制,隧道拱顶下沉和上覆边坡变形均得到有效控制,为类似工程背景的隧道支护和边坡加固方案的设计提供新的思路。

主 题 词：隧道下穿边坡 松散堆积边坡 物理模型试验 NPR锚索 协同稳定 

学科分类：081406[081406] 08[工学] 0818[工学-交通运输类] 0705[理学-地理科学类] 0804[工学-材料学] 0706[理学-大气科学类] 0835[0835] 0814[工学-地质类] 0823[工学-农业工程类] 082301[082301] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.2021.2055

馆 藏 号：203114767...