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现代隧道技术 2024, Vol. 61 Issue (5) :156-166    DOI:
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蠕变-渗流耦合下的砂岩力学特性及穿江隧道 稳定性研究
(1. 隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室(中山大学),中山大学土木工程学院,珠海 519082; 2.东华理工大学土木与建筑工程学院,南昌 330000;3.中山大学·深圳 航空航天学院,深圳 518107; 4. 广东省海洋土木工程重点实验室,南方海洋科学与工程广东省实验室,珠海 519082)
Study on the Mechanical Properties of Sandstone and Stability of Under-river Tunnels under Creep-permeability Coupling
(1. State Key Laboratory of Tunnelling Engineering(SYSU), School of Civil Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082;2. School of Civil and Architectural Engineering, East China University of Technology, Nanchang 330000; 3. School of Aeronautics and Astronautics, Sun Yat-sen University, Shenzhen 518107; 4.Guangdong Provincial Key Laboratory of Ocean Civil Engineering,Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Zhuhai 519082)
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摘要  为探讨砂岩蠕变效应对隧道结构长期受力变形规律的影响,通过室内单级蠕变-渗流试验和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,探究在蠕变-渗流耦合作用下砂岩力学特性及穿江隧道长期运营过程中的应力变形规律。研究结果表明:(1)单级加载蠕变试验中,轴压增大将促进砂岩蠕变变形,围压增大将有效抑制砂岩蠕变变形,当渗透压超过5 MPa时,砂岩保持高蠕变速率,轴向变形显著增大,影响围岩变形的因素敏感度顺序为渗透压>轴压>围压;(2)采用FLAC 3D建立的多场耦合隧道模型可以准确模拟砂岩地层隧道的蠕变渗流特性,隧道变形及应力在运营期第8年基本趋于稳定;(3)随着隧道埋深增加,隧道拱顶沉降、拱腰收敛和仰拱隆起现象更显著,其中拱顶沉降变形最大,隧道变形敏感度依次为拱顶>仰拱>拱腰;(4)潜水位增加显著影响隧道竖直沉降和水平收敛,且仰拱部位渗透压增长最为显著,工程中应特别关注该区域的水压变化。
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马建军1
4 唐 荣1 刘 聪2 黄伟真1 林越翔3
关键词穿江隧道   砂岩   蠕变-渗流   单级蠕变试验   数值模拟     
Abstract: To explore the impact of creep effects in sandstone on the long-term deformation behavior of tunnel struc? tures, this study combines indoor single-stage creep-permeability tests with FLAC 3D numerical simulations. The mechanical properties of sandstone and the stress-deformation patterns of the under-river tunnel under creep-permeability coupling were investigated. The main conclusions are as follows: (1) Single-stage loading creep tests indicate that an increase in axial pressure promotes creep deformation in sandstone, while an increase in confining pressure effectively suppresses deformation. When the seepage pressure exceeds 5 MPa, sandstone maintains a high creep rate, leading to a significant increase in axial deformation. The sensitivity factors affecting the deformation of surrounding rock are ordered as follows: seepage pressure > axial pressure > confining pressure; (2) The multi-field coupling tunnel model established using FLAC 3D accurately simulates the creep and permeability characteristics of sandstone strata in tunnels, with tunnel deformation and stress stabilizing after the eighth year of operation; (3) As the burial depth of the tunnel increases, the phenomena of tunnel crown settlement, waist convergence, and invert arch heaving become more pronounced, with maximum deformation occurring at the crown. The sensitivity of tunnel deformation is ordered as follows: crown > invert arch > waist; (4) An increase in the groundwater level significantly affects vertical settlement and horizontal convergence of the tunnel, with the most notable increase in seepage pressure occurring in the invert arch area. Special attention should be given to changes in hydraulic pressure in this region.
KeywordsCreep;Permeability,   Sandstone,   Tunnel stability,   Numerical simulation,   Mechanical properties     
基金资助:国家自然科学基金(5227080655).
作者简介: 马建军(1983-),男,博士,副教授,主要从事基础设施运维方面的研究工作,E-mail: majianjun@mail.sysu.edu.cn. 通讯作者:黄伟真(1998-),男,博士研究生,主要从事隧道与地下工程方面的研究工作,E-mail:huangwzh37@mail2.sysu.edu.cn.
引用本文:   
马建军1, 4 唐 荣1 刘 聪2 黄伟真1 林越翔3 .蠕变-渗流耦合下的砂岩力学特性及穿江隧道 稳定性研究[J]  现代隧道技术, 2024,V61(5): 156-166
MA Jianjun1, 4 TANG Rong1 LIU Cong2 HUANG Weizhen1 LIN Yuexiang3 .Study on the Mechanical Properties of Sandstone and Stability of Under-river Tunnels under Creep-permeability Coupling[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2024,V61(5): 156-166
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2024/V61/I5/156
 
没有本文参考文献
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