深埋隧道软弱围岩拱顶三维渐进性塌落机制上限分析

孙闯; 兰思琦; 陶琦; 关喜彬; 韩希平

doi:10.16285/j.rsm.2022.1444

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深埋隧道软弱围岩拱顶三维渐进性塌落机制上限分析

基础理论与实验研究 | 更新时间：2026-06-25

- 深埋隧道软弱围岩拱顶三维渐进性塌落机制上限分析
- Upper bound analysis of three-dimensional progressive collapse mechanism of deep tunnel roof with weak surrounding rock
- 岩土力学 2023年44卷第9期页码：2471-2484
- 作者机构：
  
  1. 辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁,阜新,123000
  2. 中铁十九局集团第六工程有限公司,江苏,无锡,214000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目（No.2017YFC1503101）;国家自然科学基金资助项目（No.51704144）;辽宁省“兴辽英才计划”资助项目（No. XLYC1807107）
- DOI：10.16285/j.rsm.2022.1444
  中图分类号： U458.3
- 网络首发：2023-09-02，
  
  纸质出版：2023
- 稿件说明：
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孙闯, 兰思琦, 陶琦, 等. 深埋隧道软弱围岩拱顶三维渐进性塌落机制上限分析[J]. 岩土力学, 2023,44(9):2471-2484.

SUN Chuang, LAN Si-qi, TAO Qi, et al. Upper bound analysis of three-dimensional progressive collapse mechanism of deep tunnel roof with weak surrounding rock[J]. 2023, 44(9): 2471-2484.
孙闯, 兰思琦, 陶琦, 等. 深埋隧道软弱围岩拱顶三维渐进性塌落机制上限分析[J]. 岩土力学, 2023,44(9):2471-2484. DOI： 10.16285/j.rsm.2022.1444.

SUN Chuang, LAN Si-qi, TAO Qi, et al. Upper bound analysis of three-dimensional progressive collapse mechanism of deep tunnel roof with weak surrounding rock[J]. 2023, 44(9): 2471-2484. DOI： 10.16285/j.rsm.2022.1444.

摘要

隧道拱顶塌方是一个渐进性破坏的过程，为研究深埋隧道软弱围岩拱顶渐进性塌落特征，基于极限分析上限定理和非线性Hoek-Brown破坏准则，建立了深埋隧道三维渐进性塌落机制，推导了考虑孔隙水压力作用下的塌方全过程塌落体曲面解析解，绘制了拱顶渐进性塌落形态三维曲面图，分析了相关参数单一变化时塌落体形态特征以及不同孔隙水压力作用下各参数对塌落体重力和隧道支护力的影响规律。结果表明：表征岩体特征的无量纲参数、重度、孔隙水压力和岩体抗拉强度对渐进性塌方塌落体形态、重力和支护力有显著影响；深埋隧道围岩物理力学参数在渐进性塌方过程中逐渐减弱，主要体现为岩体强度随变形的发展逐渐衰减直至一个残余值，围岩强度的衰减情况和残余强度大小对塌落体重力和隧道支护力有一定影响。理论计算得到的隧道拱顶塌落形态与实际隧道工程F断层破碎带隧道拱顶塌方范围基本吻合，验证了理论计算结果对预测隧道拱顶渐进性塌方塌落体范围的适用性，研究成果可为软弱围岩深埋隧道施工设计及安全防护提供理论依据。

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