软弱破碎隧道围岩动态压力拱效应研究

压力拱效应是隧道开挖后围岩应力重分布的结果，是围岩自承载能力的体现。隧道动态施工及围岩变形破坏引起的围岩应力重分布都将导致压力拱形态的改变，然而已有压力拱理论的研究大都忽略了这些影响，将压力拱当作恒定不变的对象加以考虑，不能真实反应围岩的受力变形全过程。本课题针对上述问题，以公路隧道Ⅳ～Ⅵ级围岩为研究对象，将渐进性破坏思想引入围岩压力拱理论研究中，提出围岩动态压力拱效应。借助模型试验、数值模拟及理论分析等手段，深入研究围岩动态压力拱成拱机理、空间效应及其演化规律。在上述研究的基础上，阐明围岩动态压力拱的空间分布形态及特征，提出围岩动态压力拱失稳破坏条件，建立动态压力拱范围与地表变形、隧道变形及塌落拱高度的理论关系，并给出不同塌方类型情况下动态压力拱的变化规律，从而深入揭示隧道塌方破坏机理，丰富隧道支护设计理论。

压力拱效应是隧道开挖后围岩应力重分布的结果，是围岩自承载能力的体现。隧道动态施工及围岩变形破坏引起的围岩应力重分布都将导致压力拱形态的改变，然而已有压力拱理论的研究大都忽略了这些影响，将压力拱当作恒定不变的对象加以考虑，不能真实反应围岩的受力变形全过程。本项目以公路隧道Ⅳ～Ⅵ级围岩为研究对象，采用理论分析、模型试验及数值模拟分析相结合的方法，对软弱破碎隧道围岩压力拱效应进行了研究，提出了围岩动态压力拱效应，给出了动态压力拱边界判别标准，揭示了围岩动态压力拱成拱机理，给出了围岩压力拱在掌子面推进过程中的变化规律，分析了隧道轴向围岩动态压力拱效应，阐明了围岩动态压力拱的空间分布形态及特征，揭示了围岩动态压力拱效应的发展变化规律及其分布特征，给出了不同塌方类型情况下动态压力拱的变化规律，推导得到了围岩压力拱厚度的计算公式及隧道塌落高度与压力拱拱体厚度的关系式。