无衬砌黄土隧道压力拱模型试验及数值模拟

摘要

为研究无衬砌黄土隧道压力拱分布及发展规律,开展不同荷载下直墙圆顶隧道开挖物理模型试验,采用微型土压力盒测试围岩变形稳定后的内部应力分布,并利用数值模拟进行对比分析.试验及数值模拟表明,距洞壁约1.5倍洞径范围内,无衬砌黄土隧道围岩存在应力明显增大的区域.当荷载超过一定限值后,洞壁一定范围内的土体应力不再随荷载的增大而增大,出现明显的压力拱边界,黄土隧道围岩表现出一定的压力拱特性.荷载在20kPa以下压力拱范围和边界几乎不变,隧道围岩可以自稳;荷载大于20kPa后,随着荷载增大,压力拱边界及范围逐渐扩大,直墙附近压力拱范围扩展最快,拱肩次之,底板最慢.各级荷载条件下,直墙底部附近压力拱范围最大,拱顶最小,形成了最利于受力的拱脚扩大式压力拱.