复杂位移边界下地层空洞的稳定性分析

文章采用室内模型试验研究隧道开挖对粘性土层中赋存空洞的变形影响,地层中的赋存空洞的变形模式可分为径向收缩变形、椭圆化变形、竖向沉降变形和水平侧移变形4种及其不同组合。文章应用Airy应力函数法获得了复杂位移边界条件下空洞洞周应力场的精确解答,并根据剪切屈服条件求得地层变形引起的空洞周边塑性区范围,分析了不同变形方式对塑性区分布的影响。结果表明:空洞径向收缩使塑性区由左右两侧发展成闭合环形,且呈对称地向洞周45°斜上方围岩深部扩展;椭圆化变形加剧了空洞顶、底部地层塑性区的扩展;竖向沉降造成空洞顶、底部屈服范围向深部转移扩大;空洞水平侧移使塑性区逐渐向空洞另一侧转移并向围岩深部发展。因此,含空洞地层中城市隧道安全施工的核心问题是对空洞结构的稳定性控制。研究结果对城市隧道建设地层变形的精细化预测、地面塌陷事故预报具有重要意义。