岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 1811-1824.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0525CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.0525
梁庆国1,李景1,张崇辉1,刘彤彤2,孙志涛3
LIANG Qing-guo1, LI Jing1, ZHANG Chong-hui1, LIU Tong-tong1, SUN Zhi-tao2
摘要: 黄土地区的地层结构大多具有上部黄土、下部泥岩的二元结构特点。隧道穿越泥岩和黄土−泥岩复合地层时,地下水重分布并易于富集于仰拱底部,泥岩遇水膨胀则会产生仰拱底鼓,而不同的地层组合及其差异性对衬砌变形及受力特性影响显著。尝试采用在仰拱底部施加位移的方式模拟泥岩膨胀作用,依托甘肃天水某隧道,开展了纯泥岩地层与交界面位于拱腰处的黄土−泥岩复合地层隧道基底均匀膨胀作用下的底鼓模型试验。分析了两种工况下衬砌内力、变形及破坏特征的差异性,并将模型试验与数值模拟结果进行了对比。结果表明:(1)模型底部加载强制位移引起的膨胀变形可分为基底土体压密阶段和基底位移等效传递阶段两个阶段。(2)由于泥岩与黄土弹性模量比值约为2:1,相较之下,交界地层中上覆黄土刚度较小,对衬砌变形约束效果弱,仰拱隆起位移更大;交界面处拱腰更易向外扩张,扩张变形达9.2 mm,约为纯泥岩地层的3倍;交界面附近衬砌截面处易产生应力集中现象。(3)在两种地层中,仰拱及拱脚位置均表现出易于产生裂缝和损坏的特性。此外,在交界地层中,衬砌拱肩部位同样显示出较高的开裂风险,并且拱脚处的裂缝有向拱腰部位扩展的趋势。(4)相较于纯泥岩地层,交界地层中交界面附近黄土对仰拱底鼓作用具有荷载释放效应,交界面处黄土压缩吸收部分底鼓作用力,因此,上覆黄土地层可延后填充层发生受拉临界破坏的时间。其研究结果可为类似交界地层隧道的理论分析、设计与施工提供参考。
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