1、隨著我國公路建設規(guī)模的日益擴大,公路隧道建設取得了很大的發(fā)展。然而,由于地質條件、地形條件、氣候條件和設計、施工、運營過程中各種因素的影響,不少公路隧道襯砌背后的圍巖產生各種各樣的缺陷,導致隧道建成后,出現(xiàn)各種各樣不同程度的病害,這給公路運輸帶來了安全隱患。
　　 本文以慈母山隧道為背景,采用數(shù)值模擬的方法重點研究了隧道建成后,拱項襯砌背后存在不同形狀、不同尺寸的空洞時隧道結構的力學性態(tài);通過運用有限元強度折減法計算隧道結構存在

2、不同空洞時的安全系數(shù),進而綜合評價隧道結構的整體穩(wěn)定性。
　　 針對隧道襯砌背后存在不同形狀、不同尺寸空洞時施工力學特性復雜的特點,本文結合工程實例,采用數(shù)值模擬手段進行三維彈塑性分析。本文主要分析在隧道橫斷面上呈臺梯形、矩形及三角形等不同形狀的空洞。針對每一種空洞形狀,本文分別建立空洞在不同臨空高度、不同環(huán)向寬度、不同隧道縱軸線方向長度的仿真模型。分析得到了在不同工況下,隧道圍巖體的位移應力變化規(guī)律及空洞下方初期支護的拉壓應力

3、變化規(guī)律。當襯砌結構背后存在空洞時,引起圍巖應力的重分部,分部規(guī)律更加復雜。因此,綜合評價空洞對隧道結構的整體穩(wěn)定性,不能單純分析結構體的應力應變情況。本文特引入有限元強度折減法采用特定的收斂準則計算得出隧道結構的安全系數(shù),研究空洞對圍巖結構失穩(wěn)破壞的作用規(guī)律。
　　 為了分析空洞對圍巖體的影響,進行了依托工程隧道在不同空洞條件下的圍巖和支護結構變形及受力特性分析。研究計算結果表明:在Ⅳ級圍巖條件下修筑隧道,當襯砌結構背后存在局

4、部空洞時,空洞對整個結構體的位移及空洞附近圍巖壓應力影響不大;當空洞的各向尺寸減小時,空洞下方初支應力有不同程度的降低,而空洞環(huán)向尺寸的變化對初期支護受力影響最大;給出了隧道結構受力發(fā)生轉折時的空洞環(huán)向尺寸為4.0m。
　　 最后總結出空洞對隧道結構安全性影響規(guī)律大致如下:不同方向空洞尺寸對結構安全性系數(shù)影響程度由大到小依次為:環(huán)向、縱向、高度方向。其中,當空洞環(huán)向寬度達到4.0m時(即圓心角為30°時),隧道結構安全系數(shù)降低較