1、隧道開挖使圍巖的原始力學(xué)平衡狀態(tài)遭到破壞,隧道洞周巖體應(yīng)力場進(jìn)行應(yīng)力重分布,以適應(yīng)新的變化,如果圍巖二次應(yīng)力小于巖體屈服極限,則圍巖仍處于彈性安全狀態(tài),否則圍巖將進(jìn)入塑性狀態(tài)。在距洞壁一定范圍的圍巖,因?yàn)樗淼篱_挖施工而產(chǎn)生向洞內(nèi)位移,由于“楔緊”效應(yīng)而形成壓力拱或土拱。彈塑性區(qū)分布與壓力拱效應(yīng)密切相關(guān)。彈塑性變形區(qū)范圍與支護(hù)應(yīng)力的關(guān)系,土拱與支護(hù)應(yīng)力的關(guān)系,拱效應(yīng)的作用范圍如何劃分,則有各種觀點(diǎn)和假設(shè)。由于對這些問題缺乏深入的試驗(yàn)研究,

2、在隧道工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐中,對于隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu),安全儲備有時高于實(shí)際的需要,圍巖自承載能力不能得到充分的利用和發(fā)揮,使建造不夠經(jīng)濟(jì);還有一些情況是,隧道工程設(shè)計(jì)和建造的安全度不夠,有可能會出現(xiàn)不同程度的質(zhì)量問題和安全事故。因此,開展隧道彈塑性變化影響范圍和圍巖拱效應(yīng)機(jī)理和分布范圍的研究,對軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)與安全施工和防災(zāi)減災(zāi)具有重要的指導(dǎo)意義。本文主要工作如下:
　　作者在綜合分析文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,對圍巖開挖后應(yīng)力、應(yīng)變變化規(guī)律進(jìn)

3、行了簡要介紹;以相似理論為基礎(chǔ),對隧道模型試驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與制做;通過對隧道洞體開挖過程中各載荷步、不同洞周土體力學(xué)參數(shù)條件下各部位應(yīng)力分布數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)整理,研究了在不同圍巖條件下各部位應(yīng)力分布的變化規(guī)律,對圍巖彈塑性區(qū)劃分進(jìn)行了討論,介紹了承載塑形區(qū)的特點(diǎn)并提出充分利用承載塑形區(qū)自穩(wěn)能力的觀點(diǎn),討論了壓力拱拱體內(nèi)外邊界定義及相應(yīng)合理的判定方法,得到了壓力拱拱體隨著隧道硐室開挖的進(jìn)行而動態(tài)分布變化的規(guī)律,總結(jié)出了壓力拱拱體的形成機(jī)理以

4、及其與圍巖穩(wěn)定性關(guān)系。
　　本文通過對模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,得到了圍巖三種路徑的應(yīng)力分布規(guī)律,研究了切向應(yīng)力最大值與大主應(yīng)力的最大值的關(guān)系,以及應(yīng)力最值與壓力拱的拱體范圍的變化關(guān)系。通過分析模型試驗(yàn)圍巖一定范圍的位移實(shí)測值,得到了洞壁位移在開挖過程中的發(fā)展規(guī)律。從位移角度,研究了洞室開挖對洞周圍巖擾動影響范圍,并評價圍巖洞壁各部位的穩(wěn)定性。從位移場的角度出發(fā),總結(jié)了圍巖彈塑性位移的變化規(guī)律,提出了用相關(guān)路徑位移曲率拐點(diǎn)來確定壓力拱拱