黄土地层结构强度弱化对地下结构内力的影响研究

　　一、土体的结构性及其所存在的危害
　　土体的结构性是指土体颗粒和孔隙的性状、颗粒和孔隙的排列形式以及颗粒间的相互作用，因此土的结构性包括了土颗粒和孔隙的几何特征和胶结联结特征。

　　在西部地区的结构性黄土边坡大多具有直立或陡峭的边坡形态，有的高达几十米甚至更多，黄土的结构性成为这些黄土边坡可以直立并且保持长期稳定的原因之一。
　　沈珠江院士认为从结构性模型的观点出发，不应当再把土体看作是具有固定变形模量和强度指标的材料，原状土在刚开始受力时有一定的模量，其结构完全破坏后有一定的强度，而受力的中间过程则是从原状土到扰动土的逐渐转化过程。
　　因此，土体结构性的存在不仅使得土体在缺乏预兆的情况下可能会产生突然的破坏，而且土体的结构性也使得土体破坏后在短时期内无法恢复，从而加大了土体的变形，对隧道工程的建设造成不利的影响。 　　采用四边形四结点单元，划分单元时仍以隧道轴线为坐标原点，相应的有限元网格图如图所示，单元数为1403，结点数为1470，边界条件左右两侧为水平约束，下部为固定约束，上部为自由边界。 　　工况一 　　基于强度折减有限元法可以在一定程度上模拟破坏的优点，基于分区折减强度的计算思路，通过弹塑性应力场分布由计算得出的4种计算工况在拱顶、拱底和左右边墙的截面弯矩结果如表所示； 　　在工况2中，由计算结果可以看出，由于右部土体结构性强度弱化引起该部土体的自承能力降低，隧道整体抵抗外力的弯矩值变大，并且由于右部分土体强度降低幅度最大，隧道左边墙的弯矩值略有增大，隧道拱顶、拱底部弯矩增加较小，隧道右边墙的弯矩值变化幅度最大。由于土体强度左右分布的不对称性，引起边墙弯矩值变化也不具有左右对称性。 　　在工况3中，由计算结果可以得出，由于土的结构性强度在左下部分和右上部分发生弱化时诱发该部土体的自承能力降低，隧道整体内力变大，而且隧道拱顶、拱底部及左右边墙处等四个部位的弯矩值变化幅度都较大。由于土体发生不对称性强度弱化，引起弯矩值变化亦不具有左右的对称性。 　　在工况4中，由于上部土体结构性强度发生弱化，上部土体的自身承载能力降低，隧道整体的弯矩值变大，但增幅小于在工况3中相应部位的弯矩值。由于土体结构性强度弱化的对称性，引起弯矩值变化亦具有左右对称性。