超大断面隧道软弱破碎围岩渐进破坏过程三维地质力学模型试验分析

蒋小能

【摘要】超大断面隧道在软弱破碎围岩的施工中具有很大的难度，软弱破碎围岩的不良地质条件，加上隧道断面的扩大，极大的影响了隧道的稳定性。软弱破碎围岩的渐进破坏过程，由最初的开挖改变围岩应力重分布的情况，可以发展到应变弱化过程中逐渐发生破坏。本文采用三维地质力学模型，从模拟试验的建立、相似材料的选择等方面着手，对超大断面隧道软弱破碎围岩的渐进破坏过程进行了试验分析。

【关键词】隧道；破碎围岩；渐进破坏过程；三维地质力学模型

一、三维地质力学模型试验内容

（一） 实验参数

本文选取某隧道工程为试验背景，该隧道的主要特征是，穿过极破碎地层，薄片状岩层在节理表现上呈碎块状，并伴有少量裂隙出水现象，隧道开挖后，岩层粉末化。同时，围岩岩体破碎完整性较差，还会在与水接触时松散软化，稳定性较差，容易发生坍塌。本研究将所选取的隧道工程相关工程数值与相关规范进行对比，统计了该隧道软弱破碎围岩的基本物理力学参数：

（二）模型初设

选取尺寸为 2.0 m长×2.4 m宽×2.4 m高的三维三维地质力学模型，其应力相似比、几何相似比为 1∶50。使模型边界满足相关条件，在模型的中间位置进行开挖，其实际的开挖面积为 110m2 ，为超大断面铁路隧道。模拟试验的开挖长度为2米，由台阶法支护试验、全断面支护试验、全断面无支护试验以及掌子面保留超载段四个阶段组成。四个阶段中按顺序依次开挖，有效进行超载破坏试验。……