3.1.2　隧道地震数值计算中的压力拱现象

在隧道开挖施工前，岩土体在重力场作用下形成一个平衡状态（第1平衡状态），这时的应力一般是直线型分布，开挖隧道后在隧道周围应力发生了弯转，形成围绕隧道结构的压力拱，又达到了一个新的平衡状态（第2平衡状态），地震发生后原有的压力拱结构被扩张、改变、破坏和重新形成，然后又达到了新的平衡状态（第3平衡状态），研究地震中隧道结构的受力和破坏机理重点是研究隧道体从第2平衡状态到第3平衡状态的变化过程。三种形状的衬砌的隧道周围竖向应力矢量变化图如图3-3～图3-5所示。图3-3～图3-5采用的是Ⅳ级围岩，全断面一次性开挖，Ⅷ级烈度（峰值加速度0.3g）的水平方向EL波。可以看出：①隧道开挖后应力矢量明显偏转，在隧道周围形成了压力拱；②在8级烈度的水平方向地震作用下，隧道周围压力拱的形状有变化，但变化不明显；③不同隧道衬砌结构形式（矩形、马蹄形和圆形）对压力拱的形状有影响。

图3-3　隧道周围竖向应力矢量变化图——矩形衬砌（从左至右分别为开挖前、后和地震后）

图3-4　隧道周围竖向应力矢量在变化图——马蹄形衬砌（从左至右分别为开挖前、后和地震后）

图3-5　隧道周围竖向应力矢量变化图——圆形衬砌（从左至右分别为开挖前、后和地震后）

由地震前后隧道周围竖向应力的矢量变化图可以看到，在地震作用下，隧道周围的压力供存在变化，但变化不太明显，这个结论与前面本书推导出来的理论计算结果一致，验证了其适用性。