高填黄土明洞卸载结构土拱效应离散元分析

采用细观颗粒流软件PFC2D建立明洞卸载数值模型,从竖向土压力、颗粒竖向位移、颗粒间接触力链、孔隙率等细观层面研究了不同减载措施对土拱效应的影响,同时,以工况Y7(EPS板+土工格栅+混凝土柱)为基准,考虑不同密度、厚度EPS板进行参数化分析。研究结果表明:洞顶上方设置减载措施可有效减小洞顶土压力,不同减载措施的减载效果由强到弱依次为:EPS板+土工格栅+混凝土柱EPS板+土工格栅EPS板低压实土+土工格栅+混凝土柱低压实土+土工格栅低压实土。其中,在原明洞边坡上设置混凝土柱可以同时加强土拱效应和土工格栅的拉膜效应,使大部分填土荷载转移至混凝土柱,进而减小洞顶与洞侧土压力。土拱效应的发展与洞顶土体孔隙率的变化相关,孔隙率随EPS板密度和厚度的增大先增大后减小,当EPS板密度ρ=15 kg/m~3、厚度T=15 cm时,孔隙率达到最大值,土拱效应最强,洞顶荷载分布最少。