黄华, 孙振宇, 张顶立, 李沐阳, 许铭伟
铁道工程学报. 2026, 43(8): 7-13.
研究目的:层状围岩隧道施工中受弱面效应影响,围岩易发生岩层弯拉、剪切破坏及层间渐进传递,现有支护设计尚缺乏对锚杆控制围岩破坏范围和压力拱演化机制的定量认识。为揭示锚杆对层状围岩破坏传递、压力拱演化及应力重分布的控制机制,以缓倾层状围岩为典型研究对象,建立考虑锚杆约束作用的岩梁和拱形块力学模型,提出单层岩体破坏判据、层间连接条件及破坏终止准则,构建层状围岩塌落范围预测方法;通过模型试验和数值模拟,分析带锚层状围岩渐进破坏过程、压力拱边界及应力转移特征,并验证所提出预测方法的可靠性,为缓倾层状围岩隧道破坏范围预测和锚杆支护设计提供理论依据。
研究结论:(1)层状围岩破坏可由单层岩体弯拉破坏或剪切破坏起始,并通过相邻岩层破坏范围的连续连接逐层向围岩深部传递;当相邻岩层破坏宽度不满足连续条件时,破坏停止,据此可确定层状围岩的塌落边界和塌落高度;(2)所建立预测方法的理论结果与数值模拟结果吻合较好,且理论计算结果与模型试验结果之间的差异随荷载增加逐渐减小,表明该方法对带锚层状围岩隧道拱顶破坏范围具有良好的预测能力;(3)锚杆能够显著抑制层状围岩渐进破坏和塌落范围扩展,带锚工况在30~120 kPa荷载范围内未出现明显塌落;当荷载为150 kPa时,围岩塌落高度由无锚杆工况的21.5 cm减小至11.2 cm,降低约47.9%;(4)锚杆支护使隧道周边环向应力分布趋于均匀,各级荷载下最大环向应力较无锚杆工况降低10.4%~35.3%;同时,锚杆能够削弱拱腰应力集中,抑制压力拱向围岩深部扩展,使压力拱在靠近隧道边界处形成较稳定的承载结构;(5)本研究成果可为缓倾层状围岩隧道破坏范围预测、压力拱稳定性评价及锚杆支护设计与参数优化提供理论依据。