水－力耦合作用下三趾馬紅土圍巖變形特征研究*

王家鼎 王建斌 谷天峰 陳 朋

（大陸動力學國家重點實驗室，西北大學地質系 西安 710069）

水－力耦合作用下三趾馬紅土圍巖變形特征研究*

王家鼎 王建斌 谷天峰 陳 朋

（大陸動力學國家重點實驗室，西北大學地質系 西安 710069）

以地下水位線以下的石樓隧道典型三趾馬紅土圍巖段為例，通過現場監測對三趾馬紅土圍巖的體積含水量、孔隙水壓力、圍巖應力（土壓力）、拱頂沉降與水平收斂進行了分析。在此基礎上，通過原位大剪試驗獲得了可靠的圍巖抗剪強度參數，并建立了隧道三維有限元數值模型，分別對考慮水－力耦合效應、不考慮水－力耦合效應的三趾馬紅土圍巖變形規律進行了探討，分析了孔隙水壓力隨著隧道開挖的變化和三趾馬紅土圍巖位移場、應力場受水－力耦合效應的影響程度，并提出了圍巖破壞變形機制。結果表明：（1）實測拱頂下沉大于圍巖水平變形，圍巖應力可分為增長期（＜20d）、調整期（20～60d）、穩定期（＞60d）3個階段，且整體應力水平較高，下臺階含水量大于上臺階，孔隙水壓力經歷了由負變正的過程。（2）現場剪切試驗所測圍巖的黏聚力為64.0kPa，內摩擦角為27.7°。（3）數值分析表明，隧道開挖后孔隙水壓力場變化十分明顯，這是由地下水流速場的改變引起的，水力坡降在襯砌面附近最為明顯，滲透動水壓力導致土體產生一定的滲透變形；考慮水－力耦合后圍巖剪應力、最大剪應變、拱頂沉降、水平收斂、底板隆起均較大。（4）受開挖及支護的影響，地下水產生滲流并依次經過拱頂、邊墻，最終匯集于隧底；……