考虑应力释放的影响
摘要：在隧道设计中，支护时间的确定和刚性的支护体系对于维持隧道稳定是非常重要的，该研究所采用的收敛—约束法来确定的隧道的应力和位移，同时考虑到了地基承载力反压力曲线的位移、应力释放的影响以及隧道衬砌和岩石隧道周边洞室的相互作用，这个结论可以确定支护的时间和支护结构的强度和刚度。
在0.0865米到0.0919米之间时取一个合适的位移值，我结果表明，当位移u
们就可以通过架设支护结构来满足隧道的稳定性和经济的要求。
关键词：隧道支撑结构稳定性反压力曲线应力释放的影响
1、引言
岩石在自然环境中，特别是在深部地层当中，常常受到上部地层和重力的影响，由于这些因素的影响在岩体当中二次应力的发展是非常复杂，难以界定的。隧道开挖过程中，一部分的岩石通常会受到来自隧道洞顶岩石的去除而产生的力—拉应力，有时拉应力会相当高，都会在隧道围岩的周边产生，由于岩石开挖洞周应力的释放会导致周边围岩的变形，从三向应力状态转变为双向应力状态。在隧道施工过程中，架设支护结构的目的是为了提高和维持岩体的自承能力，以最大程度的发挥岩体的承载能力，并且在岩体内产生有利于发展的内应力场。
1938年，芬纳进行了上部地层和水力结构相互作用方面的研究，并发现了基础的特殊变化曲线和弹塑性介质的解决方案。1963年，Pacher进行了同样的研究，并取得了同样的结果。当隧道设计考虑上部地层和水工结构之间的相互作用时，其结果采用新奥法（NATM）施工和实际结构是比较适合的。此外，在隧道设计中，隧道衬砌和洞室周围地层之间的相互作用，以及相应的地基反压力曲线，通常被考虑在内（Panet和Guenot1982;Panet1995年）。在隧道设计中收敛—约束法通常被认为是有效的。2007年，在越南Nguyen通过研究改变地下水压力载荷，从而影响隧道衬砌的结构，在同一年，Vu和Do也采用收敛—约束的方法对隧道进
为初始变形值。
行设计计算，并假定U
根据Fenne（1938年）和Pacher（1963年）的研究，如果一个刚性支撑结构②（如图1）架设的比较及时，会因为开挖洞室周围变形不够大而先达到平衡，
曲线外的C点（如图1），岩石性质将变为非之后它将会有更大的承载能力。在P
i
线性（塑性）。当支护结构①安装后产生了一定的位移（A点），则该体系达到与
对隧道衬砌较小的均衡负载，之后围岩开始松动，曲线将达到其最低值（如图1
中B点），而隧道衬砌压力则增加的非常快。如果使围岩变形得到适度发展后施做支护结构，则作用在支护结构上的压力将达到最小值，将不会导致隧道的失稳。
图1所示：
图1：根据Fenner(1938)and Pacher(1963)得出围岩和支护特征曲线。
式中：P
i
—支护压力；
б
r
—径向应力；
Δ
r
—径向位移；
r
i
—隧道半径；
Pia、Pil—分别为内、外衬砌的支护抗力；
这项研究证实了收敛—约束法再考虑地层反压力曲线、应力释放效应以及隧道衬砌和洞周隧道洞室相互作用条件下，可以确定隧道的应力和位移。
2、地层结构模式
2.1地基反作用力曲线下的应力计算
事实上，静水压力也就是初始应力（侧压力系数为1），洞周开挖的支护半
径用r
i
表示，如图1所示(Hoek and Brown1980)，塑性区半径的假设条件是依据
初始应力场的大小P
0、支护压力P
i
和岩石材料的特性而定。
图2隧道洞周弹塑性应力分布图
塑性区内的应力计算公式：
其中：P—岩石
密度
g—重力加速度H—洞室埋深C—岩石的内聚力—岩石内摩擦角
弹性区内的应力计算公式(r≥r e
)：
其中：—
径向应力；—切向应力；
（摩尔应力圆）
（塑性区）
（弹性区）
(2)
r—洞周地层任意点离洞室中心的距离；
塑性区内的应力计算公式(r
i ≤r≤r
e
)：
其中：
隧道的径向变形：
其中：G—岩体的剪切模量
其中：γ—岩石的泊松比；
Ψ—岩石剪切滑移面的倾角；
2.2隧道洞周沿轴线方向上的径向位移和应力释放系数
在掌子面和未开挖岩石的影响下，未加固围岩的最大径向位移U
max
在距离掌子面只有仅仅的一段距离（通常实验测量结果是1.53×2ri）。在现场实测数据的
基础上，两位研究人员通过量测半径为r
i 的隧道，建立了U
r
/U
rmax
和距离隧道掌子
面距离x之间的关系，如图3中所示的弹性模型。1995年Panet建议采用如下的系
数公式，来表示U
r /U
rmax
和X之间的关系：
(3)
(4)
(5)
其中：λd —应力释放系数；
公式（6）适用于x为正值（即前方的掌子面），如图4所绘。
1998年，Chern在Mingtam电力隧道工程中，做出了在隧道洞穴附近收敛量
测值一览表，根据这些测量的数据绘制在图4所对应的点上，1999年Hock建议采用如下的经验公式，来最恰当的表示U r /U rmax 和X之间的关系：
图3表示未支护隧道u r
的径向位移
图4从弹性模型派生的最适合隧道测量的数据曲线
2.3支护结构特征曲线
特性曲线显示了支护结构的支撑性能（如混凝土、喷射水泥砂浆、岩石锚杆
(6)
(掘进方向)
(掌子面)
(7)
