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干湿循环下注浆加固体蠕变特性对隧道运营稳定性的影响与机制研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着交通基础设施建设的快速发展，隧道工程作为重要的组成部分，在穿越复杂地质条件时面临诸多挑战。在岩溶地区，隧道施工常常会揭露溶洞溶腔，不仅在施工过程中会引发突涌水、坍塌等严重危害，而且在运营过程中，岩溶的持续发育也会威胁隧道的长期运营安全。为了确保隧道的安全稳定，注浆法作为一种有效的加固堵水和病害治理方法，被广泛应用于隧道工程中。通过向地层或结构物内部的空隙中注入浆液，使浆液与地层或结构物发生化学反应或物理作用，形成具有一定强度和耐久性的注浆加固体，从而提高地基承载力、减少地基沉降、增强隧道的整体稳定性。例如，在某城市地铁隧道施工中，由于地质条件复杂，地层稳定性较差，采用注浆加固技术对隧道周围地层进行加固，有效提高了隧道施工的安全性。

然而，多数岩溶地区往往有明显的季节性降雨，对于埋深浅、处于季节性饱水带的隧道，围岩会处于干湿交替的循环中。在降雨丰沛时，围岩处于浸水饱和状态；在旱季时，水位下降，围岩变为干燥状态。这种干湿循环过程会引起岩体及注浆加固体物理力学性质的劣化损伤，进一步加剧蠕变效应。蠕变效应是指材料在长期荷载作用下，其应变随时间逐渐增长的现象。在隧道工程中，注浆加固体的蠕变特性会导致其变形不断增加，从而影响隧道的结构稳定性和正常使用。如果不能准确掌握干湿循环作用下注浆加固体的蠕变特性，就难以对隧道的长期稳定性进行有效的评估和预测，可能会给隧道的运营带来安全隐患。因此，研究干湿循环作用下注浆加固体的蠕变特性及对隧道运营稳定性的影响具有重要的现实意义，有助于为隧道工程的设计、施工和维护提供科学依据，保障隧道的安全运营。

1.2国内外研究现状

在岩土体力学性质变化方面，国内外学者针对干湿循环作用开展了大量研究。国外学者[具体人名1]通过对不同岩石进行干湿循环试验，分析了岩石的强度、弹性模量等力学参数随干湿循环次数的变化规律，发现干湿循环会导致岩石内部结构损伤，力学性能逐渐劣化。国内学者[具体人名2]对膨胀土进行干湿循环试验，研究了其胀缩特性和强度变化，揭示了干湿循环过程中膨胀土的微观结构演变对其宏观力学性质的影响。然而，目前对于注浆加固体在干湿循环作用下力学性质变化的研究还相对较少。

在注浆加固体蠕变特性研究方面，国外[具体人名3]建立了基于时间效应的注浆加固体蠕变模型，考虑了应力水平和加载时间对蠕变的影响。国内学者[具体人名4]通过室内试验研究了不同注浆材料加固体的蠕变特性，对比分析了其蠕变曲线和参数。但针对干湿循环耦合作用下注浆加固体蠕变特性的研究还不够深入，缺乏系统的理论和实验研究。

关于隧道运营稳定性，国外学者[具体人名5]运用数值模拟方法分析了隧道在不同地质条件和荷载作用下的稳定性，提出了相应的稳定性评价指标。国内学者[具体人名6]结合实际工程案例，研究了隧道衬砌结构的受力特性和变形规律，探讨了影响隧道运营稳定性的因素。然而，对于干湿循环作用下注浆加固体蠕变对隧道运营稳定性的影响研究还不够全面，尚未形成完善的理论体系和评价方法。

当前研究的不足主要体现在：一是对干湿循环作用下注浆加固体的蠕变特性研究不够系统，缺乏多因素耦合作用下的深入分析；二是在隧道运营稳定性分析中，对注浆加固体蠕变这一关键因素的考虑不够充分，相关评价方法和模型有待进一步完善；三是缺乏实际工程案例与理论研究的紧密结合，研究成果在工程实践中的应用还存在一定困难。

1.3研究内容与方法

本研究的主要内容包括以下几个方面：一是开展干湿循环作用下注浆加固体的蠕变特性试验研究，通过室内试验获取不同干湿循环次数和应力水平下注浆加固体的蠕变数据，分析其蠕变规律和影响因素；二是构建考虑干湿循环损伤的注浆加固体蠕变模型，基于试验结果和相关理论，引入损伤变量，建立能准确描述注浆加固体蠕变特性的模型；三是分析干湿循环作用下注浆加固体蠕变对隧道运营稳定性的影响，运用数值模拟和理论分析方法，研究隧道结构的受力和变形情况，评估隧道的运营稳定性。

在研究方法上，采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方式。试验研究方面，进行室内干湿循环试验和蠕变试验，获取第一手数据；理论分析方面，基于岩石力学、损伤力学等理论，推导和建立相关模型及计算公式；数值模拟方面，运用专业软件如FLAC3D等，对隧道工程进行数值建模，模拟干湿循环作用下注浆加固体蠕变对隧道运营稳定性的影响。

1.4技术路线

本研究的技术路线如图1-1所示。首先进行研究准备工作，包括资料收集、现场调研以及试验材料和设备的准备。然后开展试验研究，进行注浆加固体的制备，对其进行不同次数的干湿循环处理，接着进行单轴抗压试验获取基本力学参数，再进行分级加载蠕变试验得到蠕变特性曲线。基于