增湿作用下某湿陷性黄土隧道沉降变形分析_隧道沉降变形规定

增湿作用下某湿陷性黄土隧道沉降变形分析由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“隧道沉降变形规定”。

增湿作用下某湿陷性黄土隧道沉降变形分析

摘要：为了研究湿陷性黄土地区隧道工程的稳定性，对郑西高铁某隧道的沉降变形情况进行了分析，分析了增湿情况下的黄土的含水量变化情况，对其湿陷性及湿陷引气的隧道沉降变形进行了分析，希望对湿陷性黄土地区的隧道变形提供帮助。

关键词：黄土;冻融循环;含水量;稳定性

由于新黄土在形成过程中气候干燥，土中所含的碳酸盐、硫酸钙等在土的颗粒表面析出胶结物与粘粒的结合水、毛细水共同形成较好的粘结性，使土在自重作用下形成具有大孔隙的黄土，不能达到正常固结，常处于欠固结状态。这类黄土一旦被水浸湿后，由于水分子楔入颗粒间，破坏原来的联结及造成盐类溶解，使土的抗剪强度降低，土体在自重或上部荷载的附加作用下产生显著的下沉变形，造成上部建筑物的沉降变形，形成病害，这就是黄土的湿陷性。

对于湿陷性黄土隧道增湿作用下研究，国内外研究主要集中在以下方面。田宝华[1]以某一铁路客运专线试验段工程为例，对湿陷性黄土地基处理方法与效果、复合地基承载力与沉降分析计算，控制路基沉降措施等方面进行了探讨。常秀峰[2]结合吴子高速张家沟隧道左右线2座大断面湿陷性黄土隧道的施工，分析并总结出地表沉降开裂、拱顶下沉、水平收敛和开挖工序、雨水的关系和变形规律，由此提出大断面湿陷性黄土隧道施工变形控制的措施，并提出变形需进一步研究探讨的设计和施工建议。邵生俊[3]结合试验得出的湿陷系数计算隧道下地基土在实际压缩应力条件下的湿陷变形量。在考虑黄土结构性的条件下，利用太沙基公式计算隧道围岩应力，得到了围岩压力随黄土结构的变化关系。朱国保[4]针对黄延高速HY-08标段汉寨隧道的地质特点，研究了湿陷性黄土公路隧道包括开挖、支护、二衬及监控量测等几个主要工序中不同于其它地质条件下的隧道施工值得注意的关键问题。张茂花[5]通过实验总结了黄土实现变形和抗剪强度指标随饱和度以及压力变化的规律，建立了湿陷性黄土增（减）湿变形的本构模型。王梅[6]通过对不同湿陷性黄土土工试验，借助扫描电子显微镜测试技术，提出了黄土湿陷的主要构造因素，总结了微结构特征与湿陷性之间的统计关系。张茂花[7]分别采用单线法和双线法对原状Q3黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验，总结了黄土的压缩变形随饱和度变化的规律。

为了揭示黄土隧道运行期可能浸水增湿引起的沉降变形，应用有限差分法首先进行开挖施工过程，确定成洞后围岩的应力场。然后，依据地表浸水入渗计算结果，考虑黄土增湿引起的自重增加和变形模量减小，再进行增湿变形计算。某客专湿陷性黄土隧道工程概况

某客专沿线黄土一般均具有湿陷性，本线湿陷性黄土的特征是湿陷厚度大，场地湿陷等级高。宝鸡-太宁沟段渭河高阶地和黄土残塬区多具自重湿陷性，湿陷性黄土厚度可达10～18m，湿陷等级Ⅱ～Ⅲ级;太宁-元龙段西秦岭中山区湿陷性黄土零星分布;元龙-天水段分布广泛，厚度10～30m，多具自重湿陷性，湿陷性黄土厚度10～22m，湿陷等级一般为Ⅲ级（严重）～Ⅳ级（很严重）;天水至兰州黄土高原梁峁区等地段，均为自重湿陷性场地，湿陷性黄土层厚度20～25m，最厚达40m，湿陷等级为Ⅲ（严重）～Ⅳ级（很严重）的自重湿陷性黄土;雷坛河阶地及兰州西站黄河二级阶地，湿陷性黄土层厚度可达17m，湿陷等级为Ⅱ级（中等）～Ⅲ级（严重）自重湿陷性黄土。分析和模拟方法

本次计算采用FLAC3D有限差分数值模拟软件模拟隧道施工过程，隧道的开挖采用程序内置的空单元模型（null）来实现，空单元区域的应力被设置为零，在这些区域中没有重力作用。支护结构的模拟分为超前支护的模拟、掌子面支护的模拟和衬砌结构的模拟，初衬采用壳单元（shell）模拟;二衬采用实体单元进行模拟，其实现方式为将钢筋混凝土的参数赋予代表二衬的单元材料;小导管超前支护采用beam结构单元+加固圈模拟，beam结构单元模拟超前小导管，加固圈即超前注浆加固区域，实现方式与二衬的模拟相同。

针对某隧道在不同的隧道埋深和入渗边界条件下，进行应力和变形计算，分别选取五种隧道埋深，并考虑不同的入渗边界条件。对于隧道场地区域内存在陷穴的情况，以某隧道为例，考虑隧道埋深及不同的入渗边界条件，选择隧道埋深为5m，入渗边界条件为降雨+蒸发和降雨+蒸发+灌溉。湿陷性黄土隧道增湿沉降分析

计算采用摩尔―库伦模型，由某隧道所选取的各种计算参数，其中，体积模量K和剪切模量G可根据计算公式由压缩模量Es确定的变形模量及泊松比μ得出。在考虑降雨及降雨和灌溉同时作用的情况下，根据渗流计算的结果，确定出洞室顶部由于水体入渗导致含水量变化较大和相对变化较小的区域。考虑降雨条件下某隧道埋深5m时，工后增湿变形和洞底竖向应力变化较大。

由于隧道衬砌结构横断面近似为圆形，所以隧道衬砌结构阻水引起的隧道拱顶洞周浸润范围为半圆形和扇形，促使隧道围岩土体增湿变形引起地表横断面沉降形状为类似沉降槽正态分布曲线形状。拱底围岩土体增湿变形横断面沉降形状与地表的一致。对于隧道而言，隧道拱底湿陷变形对隧道衬砌结构危害最大。围岩拱底增湿变形在洞底以下的随埋深的增大逐渐减小。降雨和降雨灌溉引起增湿变形导致隧道拱底竖向应力的变化较小。降雨灌溉引起隧道围岩湿陷性变形促使的地表沉降，较降雨的要大;对于隧道拱底围岩湿陷性变形、拱底围岩应力影响较小，降雨灌溉与降雨基本一致。随着埋深的增加，湿陷性变形引起地表沉降、拱底沉降均增大而增大，这是由于隧道在深埋时，湿陷性土层厚度的增大，围岩压力也增大，引起的增湿变形较大。某隧道不同埋深的降雨和降雨灌溉引起拱底最大沉降量为1.85mm～5.75mm。

4结论

研究可得，湿陷性黄土地区，增湿作用会有效地加大隧道的围岩变形，降低隧道的稳定性，在湿陷性黄土隧道地区，对隧道的安全性应考虑增湿等情况的影响。

参考文献（References）：

田宝华.客运专线湿陷性黄土地基处理与沉降控制措施探讨[J].北京：铁道建筑技术.2005.04：6-13 常秀峰.浅埋大断面湿陷性黄土隧道地表变形规律分析[J].北京：施工技术，2010.39（增刊）：309-311 邵生俊，杨春鸣，焦阳阳，等.湿陷性黄土隧道的工程性质分析[J].武汉：岩土工程学报，2013，35：1580-1590.朱国保，张志强.湿陷性黄土公路隧道的施工要点[J].北京：隧道建设，2006，26：60-61 张茂花.湿陷性黄土增（减）湿变形性状试验研究.[硕士学位论文] [D].西安：长安大学.2002 王梅.中国湿陷性黄土的结构性研究.[博士学位论文] [D].山西：太原理工大学.2010 张茂花，谢永利，刘保健.增（减）湿时黄土的压缩变形特性分析[J].湖南：湖南科技大学学报（自然科学版）.2007（22）：50-55