黄土隧道支护失效机理及新型支护体系施工受力分析

传统支护结构在隧道开挖中得到广泛应用，但在复杂地质条件下表现出局部节理断裂、面外失稳、拱喷界面滑移等现象，严重削弱了支护结构的整体强度，导致严重的工程灾害。基于此，通过有限元软件ANSYS建立平面应变模型揭示了传统支护结构的失效机理，提出一种新型组合结构支护(包含“π”型钢架),建立三维数值模型探讨了构件参数对新型钢架截面细部受力的影响规律，同时对比分析了不同支护体系下二次衬砌结构的受力情况，对结构安全做出了评价。结果表明：复杂受力环境下，传统型钢支护由于面内、面外刚度差异难以保证围岩及隧道结构的稳定性；拱架壁厚和围岩释放率对截面细部受力的不均匀性具有显著影响；较传统支护体系相比，新型支护体系下二次衬砌轴力、弯矩均得到大幅改善，结构的安全度提升了56%。该研究可进一步为相关隧道支护结构设计提供参考。