马蹄形隧道拱脚裂纹对围岩稳定性的影响

详细研究了隧道拱脚处裂纹对围岩稳定性及破坏模式的影响,裂纹分两组进行设置:一是裂纹以拱脚交界点为圆心逆时针方向分布在A(0°a≤90°),B(90°a≤180°)及C(180°a≤270°)区域,且与隧道底板面成夹角a;二是裂纹倾角a为127°,与隧道跨度成不同裂纹长度比β。采用物理模型试验和数值模拟对比分析拱脚裂纹的不利因素,随后选择砂岩材料制作隧道模型试件进行室内试验,得到裂纹因素对围岩强度的影响。数值模拟采用有限元程序分别计算裂纹尖端的应力强度因子与围岩损伤演化云图。通过两者对比论证可以得到如下结论:(1)裂纹在隧道拱脚位置处成不同倾角a时,裂纹分布区域的危害程度可依次排列为BCA;(2)裂纹倾角a在120°～135°时,裂纹对隧道整体的稳定性影响最大;(3)在双轴压缩载荷作用下,围岩的破坏行为主要是裂纹尖端与边墙的拉剪破坏及局部的拉伸破坏;(4)裂纹长度比β对围岩整体稳定性影响表征为线性反比例函数关系。