围岩应力

如题所述

图3.21为净距为0.3B时隧道开挖后的σx、σy和τxy应力等值线分布图。由图3.21a知,σy最大值为6.4MPa,位于中岩柱两侧拱腰处,σy大于4.2MPa的区域贯通整个中岩柱;左右洞另外侧拱腰的σy最大值为4.9MPa,大于4.2MPa的σx区域面积不大;拱顶和拱底处的σy为最小,离拱顶拱底洞壁越远σy越大。由图3.21b知,σx最大值为1.9MPa,位置在左洞左侧和右洞右侧拱脚处,并向外围逐渐减小;中岩柱两侧拱脚处σx也较大,最大为1.7MPa,向外围也是逐渐减小;拱底处的σx最小,向外围逐渐增大。由图3.21c知,τxy最大值在中岩柱两侧拱脚处,另外两侧拱脚处的τxy值次之,均沿外围逐渐减小;τxy最小值在拱底,并沿外围逐渐增大。

由上述分析知,净距为0.3B的小净距隧道开挖后,围岩应力最大值和最小均在洞周附近围岩,并距离洞周越远各应力分量逐渐接近原岩应力。从围岩稳定性看,围岩受力状态最不利部位为中岩柱,其次为左右洞两侧拱脚处围岩。不同净距条件下小净距隧道围岩稳定性的比较,据洞周环向应力大小进行(表3.6),表中各洞周点位置同图3.15。

表3.6 不同净距洞周特征点环向应力

续表

由表3.6知,小净距隧道围岩环向应力最大值随净距增大而减小,环向应力最小值随净距增大则相差不多;各净距条件下环向应力最大值和最小值的位置是一致的。由于隧道洞周表面为自由面,处于单向受力状态,用环向应力的大小可以直接比较围岩的稳定性。总的来说,在其他工况条件相同的前提下,净距越大越有利于围岩稳定。图3.22是以0.9B时的最大环向应力作为基准应力,净距减小时小净距隧道最大环向应力的增加幅度。

由图3.22知,净距在0.6B~0.9B范围内,净距调整引起的最大环向应力增加率不大,净距在0.6B~0.3B范围内,小净距隧道洞周环向应力最大值对净距调整比较敏感。因此,0.6B净距是Ⅳ级围岩条件的小净距隧道最大环向应力发生突变的净距界限,净距设计小于0.6B时应慎重,要进行开挖方案和支护参数的模拟计算。

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