膨胀性围岩时高速铁路隧道仰拱的底鼓机理及破坏模式

摘要

为确定膨胀性围岩时高速铁路隧道仰拱的底鼓机理及破坏模式,从围岩膨胀机理出发,分析膨胀性围岩遇水膨胀后引起的隧道仰拱底鼓破坏模式及过程,推导仰拱各截面弯矩及轴力的计算公式;基于室内模型试验及扩展有限元模拟对膨胀性围岩时仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究。结果表明:膨胀性围岩吸水膨胀后产生的膨胀力同时作用于仰拱和围岩,迫使未膨胀围岩裂隙扩展,并提供水分迁移路径,导致未膨胀围岩膨胀;围岩膨胀过程中产生的膨胀力作用于仰拱上,迫使仰拱产生向上的隆起变形;仰拱底鼓属于受弯破坏,中心位置首先出现拉裂缝,随后逐步沿纵向和竖向贯通;最大弯矩出现在仰拱中心位置;仰拱2侧拱脚位置受上部衬砌的限制而隆起变形有限,仰拱中心位置基本处于无约束状态而隆起变形较大,导致仰拱形成W形的隆起破坏模式,故中心位置为仰拱的易损位置,在进行高速铁路隧道仰拱设计时,应重点考虑中心位置的仰拱。