城市隧道上覆地层整体下沉的力学机制分析

通过对北京和深圳地铁、厦门海底隧道、机场路等工程的现场监测结果的综合分析表明,浅埋暗挖隧道的受力机制与山岭隧道有较大不同,上覆地层变形体现出明显的整体下沉趋势,且带来的地层开裂、破坏更具突发性和破坏性。针对这种特征,对工程中地层滑动破裂角采用一种新的模型进行推导,其结果显示,地层滑裂角比传统结果大约15°,即滑裂面更陡峭、接近竖直方向,且该滑裂角是围岩参数、应力场、覆跨比、断面矢跨比的函数,一定程度上体现了围岩变形破坏类似的具几何效应,即浅埋暗挖隧道上覆地层的整体下沉、塌陷,突发性冒顶等特征,是由围岩的力学特性和几何特性共同作用的结果。另外,隧道结构下部土体的扰动、损伤、软化等,极易造成下部地层沉降和承载力的丧失,随之而来的即是隧道结构的整体下沉、支护效果恶化以及进一步的上覆地层整体沉降加剧。相应的采用理想弹塑性模型、修正剑桥模型的数值模拟分析,能部分反映这种上覆地层整体下沉的特征。研究结果还表明:对浅埋暗挖隧道围岩受力变形机制、本构关系的研究急需加强。