THM耦合作用下千枚岩隧道大变形机理

摘要

以千枚岩这一典型软岩为对象,通过高地温、高渗透水压、高围压条件下的三轴卸荷试验,研究热—水—力(THM)耦合作用下千枚岩的变形破坏特征;以大理—瑞丽铁路高黎贡山隧道为例,采用数值模拟方法模拟THM耦合作用下千枚岩隧道的大变形;结合试验结果和数值模拟结果,探讨THM耦合作用下千枚岩隧道大变形的机理.结果表明:高渗透水压和高地温对千枚岩裂缝的产生和扩张起着促进作用,随着渗透水压、地温的升高,千枚岩的峰值应力降低,并且渗透水压的影响大于地温的影响;在THM耦合作用下,隧道边墙处的位移最大,拱脚处的应力相对集中,洞壁处的渗流速度最大,地温的分布主要受地下水渗流方向控制;隧道洞壁的应力、位移和渗流速度随地温的升高而增大.提出“H(→)M,T(→)H,T(→)M”的THM耦合模式.得到THM耦合作用下千枚岩隧道产生大变形的机理为:高地温将造成围岩发生初始热损伤;高渗透水压将促进围岩软化并使其内部裂纹进一步扩展;当隧道开挖形成的二次应力超过围岩屈服强度时,将导致围岩塑性流动.