岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (6): 2117-2130.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0512CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0512
吴奎1,邢晨哲1,秦溯2,赵南南1
WU Kui1, XING Chen-zhe1, QIN Su2, ZHAO Nan-nan1
摘要: 软岩隧道大变形是实现隧道强国目标必须要攻克的工程技术难题。但是,目前围岩变形约束/释放与围岩压力及衬砌承载能力之间的关系仍未厘清,导致支护型式选择及设计参数确定依然存在理论瓶颈。为解决该问题,采用理论解析的方法对软岩大变形隧道进行力学建模与分析,试图建立它们之间的理论联系。首先,给出了围岩压力/衬砌承载能力与衬砌厚度之间关系的理论表达式,揭示了当衬砌厚度小于某一临界值时,增加其厚度诱发的围岩压力增长速率反而大于衬砌承载能力增长速率的理论原因。其次,以广义Kelvin模型表征围岩的时效变形,将让压衬砌的变形过程简化为变形释放阶段和变形控制阶段,建立了隧道围岩与让压衬砌相互作用的力学模型,给出了不同变形阶段的隧道/衬砌位移和衬砌压力解析解。进一步,将上述让压衬砌作用下的解析解退化为强支护作用下的理论解答。再者,通过与既有文献结果的对比,以及在实际工程中的应用,所建立的理论模型的可靠性得到了较好验证。最后,基于理论解答,开展了综合的参数分析,包括围岩变形能力、强支护衬砌厚度、隧道让压位移以及屈服支护阻力。结果表明:在某些大变形条件下,若使用强支护则所需的衬砌厚度过大,有必要采用让压衬砌。让压衬砌的让压位移和屈服支护阻力均存在合理的范围,必须结合围岩和衬砌自身的力学性质来确定。所提出的简洁隧道理论模型,对相关工程初期阶段的支护快速设计具有重要的理论支撑作用。
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