基于PIV技术的浅埋暗挖施工扰动诱发地表塌陷模型试验研究

摘要

浅埋暗挖施工诱发地表塌陷的发生机理和极限状态下的破坏模式尚不清楚。针对这一研究现状，利用基于粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)的缩尺模型试验，模拟砂土和Ⅴ级围岩中浅埋隧道的暗挖施工过程并利用PIV技术对暗挖隧道施工过程中围岩变形的图片进行分析，获得暗挖施工扰动诱发地层变形的位移云图。通过分析暗挖施工扰动诱发地表变形特征和渐进演变规律，总结极限状态下不同地层中暗挖隧道施工诱发地表塌陷的破坏面形状和塌陷范围。利用极限分析上限定理和变分原理推导得到暗挖施工诱发拱顶地层塌陷的破坏面方程并绘制出塌落面图形。将模型试验得到的暗挖施工诱发拱顶地层塌陷的范围与理论计算结果进行对比，验证了本研究模型试验结果的有效性。

关键词

浅埋暗挖 / 模型试验 / PIV技术 / 地表塌陷 / 对比验证