基于椭球体理论的低含水率砂层隧道松动土压力研究

为研究低含水率砂层隧道土拱效应下的破坏模式与松动土压力,自制试验装置开展低含水率条件下Trapdoor试验,利用PIV技术得出破坏模式;分析主应力偏转对侧压力系数的影响。基于椭球体理论,考虑松动区内竖向荷载梯形分布形式与表观黏聚力作用,推导不同土拱效应发挥程度下隧道松动土压力计算公式。研究结果表明,表观黏聚力使模型试验最终滑动面呈现椭圆状,与Terzaghi假设的竖直面存在差别;φ为常数时,K值与埋深正相关,随土拱效应发挥程度增大而增大;土拱效应的发挥程度与埋深成正相关,相同埋深下,K随φ增大而减小,利用本文公式计算出K随φ值变化在0.2～0.7之间。算例表明,相同埋深时松动土压力在不同含水率下随土拱效应发挥呈递减趋势,体现出表观黏聚力随土体饱和度变化规律。