軟弱地層隧道圍巖承載環抗力計算

摘要：軟弱地層中隧道錨噴支護的力學效果主要是形成基于空間邊界附近圍巖的承載環. 利用巖體評級（RMR）系統中的相關因素與巖體地質強度指標（GSI）所涉及要素之間的對應關系，建立了GSI各項要素指標及其總值確定的簡明途徑. 利用巖體內摩擦角、黏聚力與霍克-布朗（Hoek-Brown，H-B）準則常數ms、s 及a 的等效換算關系，結合拉布西維茲剪切楔體滑移失穩模式，導出了基于H-B非線性屈服準則的承載環抗力及其穩定安全系數計算表達式.實例分析計算結果顯示，基于H-B準則計算獲得的承載環安全系數與實際情況更為接近，而基于Mohr-Coulomb（M-C）準則的安全系數則過于保守. 承載環力學機制及其總體特征由巖體自身力學屬性及錨噴拱架支護結構協同決定. 錨桿長度控制承載環厚度，其與承載環抗力首先正相關，超過一定值后，轉變為負相關. 拱架的主要效能在于避免圍巖早期出現過大變形松散，噴射混凝土是承載環緊固力（圍壓）的主要貢獻者. 巖體力學屬性是承載環抗力大小的控制性要素.

關鍵詞：巖體力學；隧道工程；錨噴支護；霍克-布朗準則；承載環；安全系數

中圖分類號：U451.2 文獻標志碼：A

在巖石地下工程領域，圍巖是地下空間承載結構的主體，人工安裝的支護構件僅起到輔助作用. 對于建造在節理裂隙化軟弱地層中的隧道，錨桿、噴射混凝土等構件的主要作用是在靠近開挖空間邊界附近的淺部圍巖中形成具有一定強度的承載環［1-3］，通過其維護空間穩定. 目前地下工程的初期襯砌方案及其參數，在國際上廣泛使用的Q 系統［4］、RMR 系統［5］及我國部分規范［6-7］中均基于承載環原理設計.