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下伏溶洞影响下隧道围岩失稳致灾机制可视化模型试验研究

致灾机制；隧道围岩；下伏溶洞；可视化模型试验

针对岩溶隧道建设区域隐伏性地貌特征，应用岩土工程量测技术探索其内部应力场和位移场的时空演化规律，是保证工程顺利施工和正常运行的关键。因此，本文采用可视化物理模型试验手段，开展下伏溶洞影响下隧道围岩失稳致灾机制研究。首先，依托深圳地铁三号线某区段工程，应用团队提出的透明相似材料最优配合比量化设计新方法，完成透明相似材料配置应用原材料的选取及几何相似常数的计算。同时，依据计算得到的几何相似常数，分别进行不含下伏溶洞地层和含有下伏溶洞地层两种工况进行隧道开挖模型试验方案的设计及监测设备的布置。进一步地，借助于团队自主研发的实验平台完成试验模型的填筑和两种工况隧道开挖全流程模拟。应力场和位移场的监测数据显示：在溶洞形成初期，周围地层的岩土体产生应力重分布，整体保持较好的完整程度。隧道水平直径端部成为地层薄弱点，出现剪切滑移裂缝，产生松动、掉块等现象。随着隧道开挖施工的实施和进尺的不断深入，一方面，隧道底板发生剪切破坏与空洞连通呈直筒状。另一方面，隧道周围地层薄弱点不断向上形成延伸至地面的滑移面，整体产生塌陷破坏。