工况条件下模型边墙破坏现象的对比研究

1.工况一、二、三条件下模型边墙的破坏现象

试验结束后拆除装置取出模型体。接下来将模型体沿与开挖方向呈90°方向切开，看模型内部的破坏形式，于在模型的中央处剖切。图7-21～图7-23为工况一、二和三条件下，模型剖切面的破坏情况。

图7-21 试验工况一条件下模型边墙的破裂分布

a）工况一 b）横剖面图

图7-22 试验工况二条件下模型边墙的破裂分布

a）工况二 b）横剖面图

图7-23 试验工况三条件下模型边墙的破裂分布

a）工况三 b）横剖面图

2.最大加载应力对边墙时效劈裂破坏模式的影响

试验工况一、二条件下的模型试验，保持最大加载方向等一致，改变最大加载应力的大小，通过对比工况一和二时边墙的破裂情况，便可得最大加载量值对围岩边墙时效劈裂破坏的影响。

对比试验工况一、二条件下模型边墙的破坏情况，发现工况一的时效劈裂现象要比工况三明显的多。分析图7-21可知，模型洞室边墙往外的1～3cm区域里围岩的损坏程度比较厉害，在挖掘施工时便发生了严重的倒塌现象，可以认定该区域为传统所讲的松动圈；在其后便出现了相对完整区和劈裂破坏区，层层往外延伸；而在图7-22中，只观察到了不太明显的相对完整区和破坏区交替出现的劈裂破坏现象。

以洞室边墙壁作起点，测量工况一、二剖切面中围岩的破坏范围，见表7-4。取每个破坏带区域的内、外边距离的均值与模型洞室宽度的一半之和，作为各个劈裂破坏区的位置到洞室对称轴线的距离，各破坏区到洞室对称轴线的距离以及劈裂破坏区的平均宽度详见表7-5。

表7-4 模型边墙破坏情况对比(www.xing528.com)

注：边墙破坏区深度是洞壁到最外破坏区外边界的距离。

分析表7-4中的边墙破坏区的情况得：工况一的边墙破坏裂痕是4条、深度达11.7cm；工况二条件下洞室周边的破坏区仅为1条，深度为5.5cm。由以上的对比分析我们可以得到如下的结论：在相同的试验条件下，最大加载量值对于洞室边墙时效破裂区的范围有很大的影响，最大加载量值越大，破坏范围及程度越大。

表7-5 模型洞室破坏区到洞室对称轴线的平均距离及平均宽度

工况一和二的条件下，洞室边墙出现了明显的时效劈裂破坏现象，分析表7-5中的两种工况下试验模型破坏区到洞室对称轴线的距离可知：相邻的两个破坏区的平均半径之比大概为1.2～1.5，相同条件下，裂痕所构成破坏区的平均半径满足等比关系即

r_i=C₀r_i-1（i=1，2，3，4） （7-6）

式中 C₀——相邻破坏区到洞室中轴线的平均距离之比，其中在不同的试验工况下的数值不同；

i——破坏区编号。

3.最大加载应力方向对边墙时效劈裂破坏模式的影响

工况一和三的模型试验，保持最大加载应力值等条件不变，只改变最大加载应力方向，对比研究工况一和三的边墙破坏情况，得出最大加载应力方向对破坏状况的影响。

通过工况一的边墙破坏状况（见图7-21）看出：边墙发生了时效劈裂破坏现象。分析工况三的边墙的破坏情况（见图7-23）看出：边墙未出现时效劈裂破坏现象，只在洞底看到了滑移线，在边墙出现了片帮现象，洞顶出现破坏，改变了洞室形状，如图7-24所示。

对比工况一和三边墙的破坏状况得：当模型的最大加载应力方向与开挖方向保持平行，应力值满足一定条件时，边墙便能够出现时效劈裂破坏现象；而当围岩最大主应力与开挖方向保持垂直时，围岩不会出现时效劈裂现象。

图7-24 最大主应力垂直开挖方向时模型的破坏模式