含水率差异对膨胀性红黏土隧道施工力学行为的影响

作者：叶万军; 崔晨阳^*; 谢卓吾; 吴云涛; 董西好

来源：隧道建设 (中英文), 2019, 39(12): 1940-1948.

• 隧道
• 含水率
• 膨胀性红黏土
• 数值模拟
• 现场监测
• 力学行为

膨胀性红黏土因其特殊的水敏性,使得自身遇水膨胀,是造成隧道围岩失稳的重要原因。为建立含水率与膨胀率的关系,从而明确含水率变化对大断面膨胀性红黏土隧道及支护结构受力变形的影响,以银西高铁庆阳膨胀性红黏土隧道为研究背景,通过现场监测确定围岩含水率波动范围;结合室内试验建立含水率与膨胀性和抗剪强度的对应关系;将土体含水率变化条件下的膨胀关系同材料受热膨胀特性进行联系,利用ABAQUS内置的温度应力场模拟湿度应力场,分析不同含水率作用下隧道围岩压力、衬砌结构内力与变形量值的重分布规律。结果表明:开挖后不同含水率最终趋于饱和时,随着初始含水率的降低,围岩及支护结构受力增大,仰拱与拱脚处相对位移提高,拱顶、拱腰与边墙处相对位移降低,整体安全系数逐渐降低;对开挖后洞周平均含水率20.7%而言,最终趋于饱和时围岩压力安全系数为2.2,衬砌安全系数为1.1,围岩相对位移为0.97%;相比于围岩压力和衬砌结构受力,含水率变化对洞周围岩变形影响最大;基于特殊地质情况,建议将隧道预留变形量提至150～180 mm。

• 单位
  土木工程学院; 西安科技大学