Плотный песок расширил зону выпора перед забоем тоннеля в лабораторных опытах

Исследователи Университета Сайтамы показали, как плотность песка и толщина покрытия влияют на развитие выпора перед забоем тоннеля. При увеличении относительной плотности зона деформаций расширялась, а более мощное покрытие уменьшало подъём поверхности. Работа опубликована 20 октября в Geotechnical and Geological Engineering.

Эксперименты воспроизводили пассивную потерю устойчивости: модель тоннеля постепенно вдавливали в грунт. Такая схема позволяет изучать деформации, связанные с избыточным воздействием на массив со стороны забоя.

Авторы выполнили 12 опытов с сухим песком Toyoura. Относительная плотность составляла 17,5; 46,0 и 60,3%, отношение толщины покрытия к диаметру тоннеля менялось от нуля до трёх. Перемещения внутри массива определяли по изображениям частиц, подъём поверхности — глубинной камерой.

Деформации концентрировались перед забоем и постепенно распространялись вверх. Измеренное давление возрастало с увеличением перемещения модели, плотности песка и толщины покрытия.

На основе наблюдений авторы построили упрощённую расчётную схему из клиновидного и прямоугольного блоков. Полученные методом предельного равновесия давления удовлетворительно согласовались с экспериментом в исследованных условиях.

Результаты дают основу для проверки расчётных моделей устойчивости забоя. Их количественное применение к реальным тоннелям требует дополнительного обоснования: опыты выполнены на сухом однородном песке, без фильтрации, слоистости и влияния подземных вод.