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近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解 M。黧篙N盛。慧耋鬈意GY 文章编号：1009—6582(2015)01一0045—10 近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹陛解 蔡燕燕1，z张建智·俞缙，，z傅国锋1俞凯木1 (1华侨大学岩土工程研究所，厦门361021； 2中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，徐州221008) 摘要考虑开挖及渗流影响的水工隧洞围岩稳定是一个重要课题，而近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移研究 是该课题的难点。据此，文章基于弹性假设理论，引入反溶腔作用系数，采用复势理论求解近溶腔水工隧洞开挖问题， 获得围岩应力及位移解析表达式。将水工隧洞内水外渗的各影响因素简化为轴对称情况，并将渗流场以渗透体积力 方式作用于应力场，采用平面应变理论求得正常运行期的过水公式，最后通过叠加原理求得弹性解。在满足挪威准则 条件下，对比内水外渗前后的计算结果，依次探讨反溶腔作用系数、岩石孔隙水压力及埋深等的影响规律。分析结果 表明：初次充水对围岩稳定起决定作用：反溶腔作用系数及埋深增大有助于围岩稳定；在岩石孔隙水压力影响下，溶 腔一侧环向应力场出现大小值交换现象．而径向应力场并不出现该现象；近溶腔水工隧洞围岩偏压效应随着反溶腔 作用系数的增大而弱化。 关键词 高压水工隧洞 围岩稳定溶腔 渗流 复势理论挪威准则 中图分类号：TV672．1 文献标识码：A 给出了考虑渗透力和孔隙水压力等因素的解析结 1 引 言 果：【Jee等[7】从工程应用的角度，获得了考虑稳定渗 随着抽水蓄能电站大量兴建。压力隧洞工程朝 流的渗透力影响下隧洞开挖对地面沉降影响的简化 着“洞线长、洞径大、埋藏深”的方向发展。压力隧洞 解析结果，并采用数值结果进行对比验证；Kolymbas 围岩稳定在很大程度上决定于水文地质环境，渗流 等【8】给出了适用于深埋和浅埋隧洞，且地下水头变化 在岩体中引起的渗透体积力改变了围岩应力状态。 的地下水渗流解析解，其结果只适用于线性围岩的 尤其在高水压作用下，渗流对围岩应力场的影响不 可小觑。由于我国可溶岩分布面积极广泛，在岩溶区 研究基础上。给出了隧洞开挖后地下水渗流的解析 的隧道工程开挖可能使大量水、泥涌入隧洞∽j，极 解。这些研究对水工隧洞的建设有一定指导作用，但 易造成危害，致使近溶腔水工隧洞开挖问题日益突 大多只考虑了渗透力的影响，忽略了地质因素。在综 出。因此，客观反映近溶腔高压水工隧洞开挖和渗流 合考虑水文地质影响问题上，王立忠等【10】从解析角 影响下的围岩应力分布特征是工程建设亟需解决的 度推导了倾斜坡体中高压水工隧洞围岩应力解，较 关键问题。 为客观地反映了围岩应力特性。 在以往的解析研究中，李宗利等【4】将深埋圆形隧 由研究现状可见，近溶腔水工隧洞围岩应力问 洞各影响因素假设为轴对称情况，求得渗流场、弹性 题研究尚未得到充分开展。本文引用复势理论和平 位移和应力的解析解；吕晓聪等同也基于该假设，求 面应变理论，在解析中考虑渗流对围岩应力场的影 得海底隧洞在渗流场影响下的弹塑性解：Bobet等嗍响，得出了近溶腔高压水工隧洞围岩应力分布，在满 修改稿返回日期：2014—09—10 开放基金项目(sKLGDuEKl3041． 苎竺堂苎!塑!璺苎竺塑!!!!!兰!里堂坚9 VoI．52．No．1．TotaI。No．360Feb。2015 万方数据 现代隧道技术