互层岩体隧道超欠挖机理及围岩稳定性控制.pdf

国防交通工程与技术 年 月 卷期收稿日期:作者简介:刘利(),男,高级工程师,主要从事铁路工程施工技术管理工作.q q c o m互层岩体隧道超欠挖机理及围岩稳定性控制刘利(中铁十八局集团有限公司,天津 )摘要:针对互层岩体隧道钻爆法开挖过程中出现的严重超欠挖问题,依托康定号隧道,基于V o r o n o i随机裂隙块体模型和等效爆破荷载时程建立互层岩体隧道爆破计算模型,通过现场超欠挖监测结果验证数值模拟方法的合理性,在此基础上探讨互层倾角对隧道超欠挖的影响规律,最后分析了炮孔周边眼间距优化和增设“预留层”爆破的超欠挖控制效果.结果表明:互层水平时,两侧拱肩超挖严重,顶部出现“门框形”的平顶、离层破坏;互层倾角接近垂直时隧道超挖量较小;隧道拱顶在互层倾角 时的线性超挖值最大达到 m.现场采用设置“预留层”爆破的优化方案后,最大线性超挖值控制在c m以内,满足级围岩光面爆破最大线性超挖值不超过 c m的要求,且隧道周边位移量减小,围岩无明显变形突变现象.建议对于超欠挖和稳定性要求较高的隧道,采用设置“预留层”爆破的优化方案.关键词:互层岩体;随机裂隙块体模型;超欠挖;光面爆破;预留层D O I:/j g j g y a t 中图分类号:U 文献标识码:B文章编号:()互层岩体是指两类岩层反复出现的岩体,由于其层间结构面胶结能力差,岩体整体刚度低,采用钻爆法开挖隧道时经常出现严重的超欠挖问题,进而导致隧道围岩稳定性降低、支护结构受力不均及二次处理成本增加等一系列问题,严重的超挖问题甚至会引起隧道掌子面岩体坍塌,对隧道安全施工带来重大隐患.因此,研究互层岩体隧道超欠挖机理并提出超欠挖控制措施,对互层岩体隧道钻爆法施工具有重要的指导意义.近年来,许多学者对层状岩隧道超欠挖机理及控制技术进行了研究.郝广伟、宋杰等人通过理论分析、现场试验研究了层状岩对爆炸应力波传播的影响及超欠挖产生的原因.陈正林等通过数值模拟试验从装药结构、炮孔布置等方面对光面爆破参数进行了优化设计.于飞飞、邓祥辉、常伟等人采用理论分析与现场试验相结合的方法提出了水平层岩隧道光面爆破炮孔优化布置参数.此外,根据隧道大量爆破超欠挖数据,多因素回归分析、神经元算法等机器学习方法对爆破超欠挖状况进行预测的研究也逐渐兴起 .但目前对层岩隧道超欠挖机理研究多集中于水平层状岩体,针对不同互层倾角条件下隧道光面爆破超欠挖规律及其相应的控制技术的研究较少.本文以康定号隧道互层岩体为研究对象,研究不同互层倾角条件下隧道光面爆破超欠挖机理,在此基础上提出优化炮孔布置和设置“预留层”的优化方案来提升围岩稳定性.爆破参数的确定爆破荷载动力响应分析必须首先确定动力荷载的输入形式.炮孔炸药爆炸后,岩体由炮孔中心向外主要分为压缩粉碎区、破裂区和弹性震动区,其中对隧道轮廓成形影响最大的是破裂区,因此破裂区边界可作为分析隧道超欠 挖情况的等 效 动 力 荷 载 输 入 边界.根据爆破振动理论,爆破荷载可等效为基于爆轰状态方程的准静态荷载PD,如图所示,其控制方程为式()和式():PD(t)Pf(t)()f(t)ttr(ttr)tzttztr(trttz)()式中:P为炮孔壁上的峰值爆破荷载;tr为达到峰值爆破荷载的时间;tz为总的爆破荷载持续时间.根据凝聚态炸药爆轰波模型,对于不耦合装药结构,作用在炮孔壁上的初始爆轰压力P:实例A n a l y s i so fP r a c t i c a l E x a m p l e s分析国防交通工程与技术 年 月 卷期?，PD(t)PP0trtzt图等效爆破荷载PD()(ab)()式中:a为炸药药卷直径;b为炮孔直径;为炸药密度;D为炸药爆速;为爆轰气体比热容.作用在破裂区边界的等效爆破荷载满足圣维南原理,因此不会影响破裂区边界远区的岩石动力响应,破裂区边界的等效爆破荷载Pe(x,t):Pe(x,t)PD(t)(rrc)()式中:r为炮孔半径;为荷载传播衰减指数;rc为炮孔压缩粉碎区半径,半径范围与岩石特性、炸药参数等因素有关,具体取值可由式()和式()确定.rc(Dn K leB c d)r()B()()d(d)()()式中:c d为岩石动态抗压强度;le为轴向装药系数;K为不耦合装药系数;n为炮孔压力增大系数;为岩体侧压力系数;d为岩体动态泊松比.现场炸药采用号岩石乳化炸药,具体参数取值:a mm,b mm,g/c m,D m/s.将其代入式()、式()和式()可得等效动力荷载时程,其中升压时间为m s,总的作用时间为m s.破裂区岩体离散化爆破后的炮孔破裂区岩体损伤状况对隧道超欠挖影响最大,因此炮孔附近岩体的离散化范围应根据炮孔破裂区范围确定.不同强度等级的岩体,破裂区范围差异较大,对于节理、裂隙发育的岩体,应按照岩体沿软 弱结构面 破坏情 况 估 算 破 裂 区 范围,可由式()和式()确定.rfPw(s i n)cc o s()PwD()g()式中:rf为破裂区半径;Pw为炮孔中心处的平均初始压力;为岩体内摩擦角;c为岩体黏聚力.根据岩体爆破块度损伤H a r r i e s模型,炮孔破裂区范围内的岩石块度大小可由式()确定:L(Rrc)Tm a xrc e(Rr c)()式中:L为块体边长;rc为炮孔压缩粉碎区半径;Tm a x为破裂区岩体极限拉应变;R为破裂区块体距爆源的距离;为岩体应力波吸收率,可通过试验确定:为炮孔壁的初始应变.离散元法隧道爆破数值模拟隧道围岩中的结构面可分为确定性结构面和随机分布结构面:确定性结构面主要指岩体本身的节理、层理及断层等不连续结构面;而由于爆破冲击波影响,炮孔近区形成的破裂区岩体裂隙则为随机分布结构面,这些破碎岩块极易发生明显位移,出现脱落、掉块.离散元方法适用于模拟岩体大范围的裂缝、错动现象,因此更加适合分析炮孔附近破裂区岩体的动力响应问题.V o r o n o i随机裂隙块体模型V o r o n o i离散块体模型可将岩体分为各种不规则形状的岩块,块体间的接触面为拉伸和剪切作用面.通过对炮孔附近破裂区岩块的离散,可以捕获在爆炸应力波作用下岩体的破裂情况,从而模拟炮孔破裂区岩体的破裂过程并预测隧道围岩可能的超欠挖情况,图为V o r o n o i块体来模拟隧道围岩.图V o r o n o i离散块体模型计算模型康定号隧道D K 断面围岩设计施工等级为级,砂岩与板岩互层结构,层厚m,倾角 .现场爆破情况显示该里程段隧道上台阶超欠挖问题严重.计算模型主要针对隧道上台阶进行分析,如图和图所示.由于分析重点为隧道断面成形状 实例分析互层岩体隧道超欠挖机理及围岩稳定性控制刘利国防交通工程与技术 年 月 卷期况,因此简化为平面应变模型,模型宽度 m,高度 m,互层厚度、倾角与所选断面情况一致,由式()式()可以确定,破裂区径向宽度取为m,V o r o n o i块体平均边长为m,模型四周设置为无反射边界条件以消除边界效应对动力分析的影响.由于周边眼爆破对隧道轮廓成形状况影响显著,因此将隧道轮廓线位置的周边眼爆破荷载简化为等效爆破荷载施加于破裂区边界上,破裂区内边界岩体在模型初始平衡完成后被移除.岩体与结构面参数见表和表.隧道周边离散区域的岩块间力学参数通过模拟单轴压缩测试校准,使其与未离散区域岩体具有相似的力学响应,参数校准结果如表所示.?图数值计算模型图爆破荷载施加表互层围岩计算模型岩体参数岩层类型密度/(k g/m)体积模量/G P a剪切模/G P a内摩擦角/()黏聚力/MP a板岩 砂岩 表岩体结构面和离散块体接触面参数法向刚度/(G P a/m)剪切刚度/(G P a/m)内摩擦角/()黏聚力/MP a抗拉强度/MP a岩体结构面 离散块体接触面(板岩)离散块体接触面(砂岩)模型验证图为计算 m s后隧道轮廓面成形情况,可知隧道拱顶左侧位置超挖严重,右侧拱肩也有部分超挖,岩体沿层理面方向破坏严重,其中拱顶左侧位置线性超挖值最大,最大线性超挖值为 m,右侧拱肩线性超挖值为 m.0.621 m0.545 m?图隧道轮廓成形情况图为基于L e i c aR T C 三维激光扫描仪采集的隧道现场断面成形情况,可以看出现场隧道超欠挖分布情况和数值模拟结果基本一致,最大超挖位置出现在拱顶左侧,右拱肩也有部分超挖,现场拱顶左侧最大线性超挖量为 m,右拱肩线性超挖量为 m.总体上隧道现场线性超挖量及超挖面积略大于数值试验结果,可能的原因是现场钻孔和装药精度的误差及地应力作用的影响.综上所述,基于V o r o n o i离散块体模型模拟的超欠挖状况和隧道现场超欠挖分布规律基本一致且线性超挖值误差较小,因此可用于互层岩体隧道超欠挖规律分析.0.674 m0.623 m?图现场三维激光扫描图像 互层倾角对隧道超欠挖影响规律为分析互层倾角对隧道爆破超欠挖的影响,分别建立了互层倾角、的计算模型,模型大小、边界条件及围岩与结构面材料参数取值见表和表,互层厚度为m.图为不同互层倾角条件下隧道爆破后轮廓面成形情况.互层倾角 时,两侧拱肩附近岩体出现水平裂缝,块体发生脱落,形成“门框形”的平顶、离层现象.随着互层角度改变,最大超挖位置也发生改变,表为不同互层倾角条件下隧道超挖的具体状况,互层倾角 时,拱顶和拱肩位置均发生了不同程度的超挖,其中互层角度 时的拱顶线性超挖量最大,达到 m,互层角度 和 时的线性超挖量和超挖面积较小.由于互层角度 时拱肩两侧块体均出现脱落、掉块,因此其超挖面积最大,随着倾角增加,超挖面积减小,当互层接近垂直时,超挖面积最小.综上所述,隧道超挖问题与互层倾角关系密切,可根据表中不同互层倾角条件下隧道可能出现的超挖位置及超挖严重程度,对隧道超挖问题进行初 实例分析互层岩体隧道超欠挖机理及围岩稳定性控制刘利国防交通工程与技术 年 月 卷期(b)?45(c)?90(a)?00.552 m0.617 m0.323 m图不同互层倾角计算结果步判断,从而有针对性地优化光面爆破参数.表不同互层倾角超挖情况互层倾角/()超挖严重位置最大线性超挖量/m超挖面积/m两侧拱肩 左拱肩 拱顶 右拱肩 右拱肩 右拱腰 两侧拱脚 互层岩体隧道超欠挖控制技术根据互层倾角对隧道爆破超欠挖的影响规律,对可能出现超挖的位置和超挖严重程度进行预判,从而有针对性地对易超挖位置周边眼进行优化设计,并考虑设置“预留层”进行光面爆破.周边眼炮孔间距优化周边眼炮孔间距优化是常用的超欠挖控制方法,炮孔间距大小取决于岩体强度、节理发育状况、炸药种类及装药结构等因素.为验证周边眼间距优化后的爆破效果,选取节理倾角 时超挖量较大的拱顶部位为研究对象,采用动力分析程序L S D YNA,分别建立了周边眼间距 c m、c m、c m的数值计算模型.模型设置两条角度 的倾斜节理,节理间距为 c m,炮孔密集系数为,模型底部为自由边界作为内圈眼爆破后形成的自由面,两侧和顶部均为无反射边界.在工程应用中,为保证隧道轮廓面爆破成形质量,在炮孔间距减小后,通常需要减少单孔装药量,在计算中通过减小药卷直径来表示装药量的减少,不同炮孔间距对应的药卷直径如表所示,岩体参数同前文一致.由表和图可知,炮孔间距 c m时,裂纹明显向节理面附近扩展,裂纹扩展半径最大值达到 c m;随着周边眼间距减小,裂纹扩展半径也减小,周边眼间距 c m时炮孔数量增加为个,此时裂纹扩展半径最大值为 c m.因此,减小周边眼间距有利于炮孔间贯通裂隙的形成,降低拉伸裂缝扩展区半径,但即使炮孔间距减小为 c m,隧道周边围岩仍有明显爆破裂隙.表不同周边眼间距时的药卷直径和裂纹扩展半径周边眼间距/c m药卷直径/mm裂纹扩展半径/c m (a)?60 cm(b)?50 cm(c)?40 cm图不同周边眼间距爆破裂纹扩展区设置“预留层”光面爆破预留层指的是将隧道周边眼沿设计开挖轮廓线内移一定距离后,周边眼炮孔中心连接线与设计轮廓线间的岩体.如图所示,在光面爆破完成后,周边预留层采用铣挖机等机械方式开挖,预留层厚度为 c m.该方法有利于减小爆破造成的围岩损伤,降低对周边眼钻孔施工精度的要求,提高隧道整体稳定性.图 为设置 c m预留层爆破 m s时的岩体位移情况,图中红色裂隙部分指在爆破冲击荷 实例分析互层岩体隧道超欠挖机理及围岩稳定性控制刘利国防交通工程与技术 年 月 卷期5060556560686865805?4?5?5?4?5?11?9?7?11?11?9?9?9?9?9?9?9?(a)?20202208068709090909092(b)?：?；?。图隧道周边设置“预留层”载作用下岩石出现拉伸裂缝的位置,蓝色部分为节理出现剪切滑移的位置.受爆破荷载的影响,临空面附近岩石出现裂缝,拱顶部分岩体位移值较大,可能出现超挖问题.?图 设置“预留层”光面爆破岩体位移情况预留层部分的岩体在爆破完成后移除,最终轮廓面成形情况如图 所示,由于爆破荷载作用下岩石裂隙多分布在预留层岩体附近,当预留层开挖完成后,围岩临空面附近的岩石拉伸裂隙明显减少,此时拱顶的线性超挖量为 m,计算结果可满足级围岩光面爆破最大线性超挖不超过 m的要求.?图 设置预留层光面爆破隧道成形状况工程应用现场优化后超欠挖状况康定号隧道D K D K 段为级围岩施工段,节理裂隙发育,岩体较破碎.为降低爆破对围岩造成的损伤,提高隧道整体稳定性,采用光面爆破设置预留层的优化方案.结合互层倾角对隧道超挖的影响规律,采用的具体优化方案为:将拱顶及拱肩两侧m范围内的周边眼沿设计轮廓线内移 c m,其余位置内移 c m,光面爆破完成后通过铣挖机对预留层进行机械开挖.通过三维激光扫描仪对采用该方法后隧道的成形情况进行监测,共计扫描断面数量为 个,图 为根据监测结果计算的隧道平均超欠挖状况,采用该方法后隧道超挖量明显降低,最大线性超挖量控制在c m以内,满足级围岩光面爆破最大线性超挖值不超过 c m的要求,因此建议对于软弱围岩超欠挖控制要求较高的隧道采用设置预留层爆破的控制手段.0.0270.0290.0300.0340.0370.0770.0750.0540.0720.0630.0170.030?；?。?：图 优化后隧道超欠挖状况(单位:m)现场优化后隧道周边位移围岩变形是反映隧道稳定性的重要指标,变形大小取决于开挖后隧道的应力状态及围岩强度等因素,已有研究表明爆破损伤区内的岩块摩擦系数明显降 低,可 能 引 起 块 体 滑 移 并 诱 发 围 岩 变 形 突变.由于互层岩体层间结构面胶结能力差,岩体整体刚度低,采用钻爆法开挖导致隧道围岩稳定性降低、支护结构受力不均甚至坍塌,因此有必要考察隧道围岩变形量,提前预测隧道灾变风险.图 和图 为爆破后 d内隧道位移情况,其中D K 断 面 与D K 断 面 未 设 置 预 留 层,D K 断面与D K 断面设置预留层.由图 可知,设置预留层后拱顶沉降量明显降低,下沉累计值增加较平稳,没有发生明显变形突变.其中未设置预留层的两断面 d内拱顶下沉累计值约 mm,设置预留层的两断面拱顶下沉累计值分别为 mm和 mm,相对于未设置预留层,拱顶下沉量降低幅度约 .由图 可知,未设预留层的D K 断面和D K 断面在爆破 d内的拱腰收敛变形出现不同程度的突变,d的拱腰累计收敛值分别为 mm和 mm.设置预留层的D K 、D K 断面拱腰收敛分别为 mm、实例分析互层岩体隧道超欠挖机理及围岩稳定性控制刘利国防交通工程与技术 年 月 卷期55504540353025201510500510 15 20 25 30 3540?/d?/mmDK300+453?（?）；DK300+509?（?）；DK300+288?（?）；DK300+308?（?）。?：图 优化前后拱顶沉降对比DK300+453?（?）；DK300+509?（?）；DK300+288?（?）；DK300+308?（?）。?：?/mm?/d0510 15 20 25 30 35 40051015202530354045图 优化前后拱腰收敛对比 mm,相对于优化前,拱腰收敛值降低幅度约 ,且位移变化更加平稳.综上所述,设置预留层爆破的方法可减少围岩变形突变,降低隧道周边位移量,提高隧道整体稳定性.结论()通过对周边眼附近岩体采用V o r o n o i块体离散化处理并施加等效爆破荷载的方式建立了隧道光面爆破计算模型,数值模拟结果和现场超欠挖情况基本一致.()随互层倾角变化,隧道最大超挖位置也发生改变,互层水平时,两侧拱肩岩体超挖严重并出现“门框形”的平顶、离层现象,倾角越接近垂直,超挖面积越小.()对比分析了周边眼间距 c m、c m、c m时炮孔附近岩体裂纹扩展情况,炮孔间距 c m时,裂纹向节理面附近扩展的趋势明显,随着周边眼间距减小,裂纹扩展区半径降低,有利于炮孔间贯通裂隙的形成;但即使炮孔间距减小为 c m时,围岩仍有明显的爆破损伤裂隙.()采用设置预留层爆破的超欠挖控制措施后,围岩临空面附近岩石爆破损伤裂隙明显减少.现场最大线性超挖量控制在c m以内,同时隧道周边位移值也降低,相对于优化前,位移变化更加平稳,无明显变形突变现象.该方法有利于减小爆破造成的围岩损伤,降低对周边眼钻孔施工精度的要求,提高隧道整体稳定性.建议对于超欠挖和稳定性要求较高的隧道,采用设置预留层爆破的优化方案.参考文献 张桂民,李银平,杨长来,等软硬互层盐岩变形破损物理模拟试验研究J岩石力学与工程学报,():郝广伟,张万志,李世堂,等不同循环进尺下水平层状岩隧道爆破成型研究J地下空间与工程学报,(增刊):宋杰,王清标,孙永,等聚能水压光面爆破在层状岩层下的应用与研究J建筑技术开发,():陈正林,蒲文明,陈钒,等张家岩隧道水平层状泥岩段爆破优化研究J西安 建筑 科 技大 学学 报(自 然科 学版),():于飞飞,张娜,张宪堂,等水平层状岩隧道炮孔参数优化及爆破成形研究J爆破,():邓祥辉,陈建勋,罗彦斌,等水平层状围岩隧道爆破控制技术J长安大学学报(自然科学版),():常伟水平泥岩砂岩互层隧道超欠挖控制技术J国防交通工程与技术,():V E RMA H K,S AMA DH I YA N K,S I N GH M,e ta l B l a s t i n d u c e dr o c km a s sd a m a g e a r o u n d t u n n e l sJ T u n n e l l i n ga n d U n d e r g r o u n dS p a c e T e c h n o l o g y,:I T T N E RH,O L S S ON M,J OHAN S S OND,e t a l M u l t i v a r i a t ee v a l u a t i o no fb l a s t d a m a g e f r o me m u l s i o ne x p l o s i v e s i nt u n n e l se x c a v a t e d i nc r y s t a l l i n er o c kJ T u n n e l l i n ga n dU n d e r g r o u n dS p a c eT e c h n o l o g y,:F O D E R G M,VO Z AA,B A R OV E R OG,e t a l F a c t o r si n f l u e n c i n g o v e r b r e a k v o l u m e si n d r i l l a n d b l a s tt u n n e le x c a v a t i o n:as t a t i s t i c a la n a l y s i sa p p l i e dt ot h ec a s es t u d yo f t h eB r e n n e rB a s eT u n n e lB B TJ T u n n e l l i n ga n dU n d e r g r o u n dS p a c eT e c h n o l o g y,:L U W,YANGJ,YANP,e ta l D y n a m i cr e s p o n s eo fr o c k m a s si n d u c e db yt h et r a n s i e n tr e l e a s eo fi n s i t us t r e s sJ I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fR o c kM e c h a n i c sa n dM i n i n gS c i e n c e s,:L U W,YANGJ,CHE N M,e t a l A ne q u i v a l e n tm e t h o df o rb l a s t i n g v i b r a t i o ns i m u l a t i o nJ S i m u l a t i o 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u n n e l b a s e do nV o r o n o i r a n d o mf r a c t u r eb l o c km o d e l a n de q u i v a l e n tb l a s t i n g l o a d t i m e i s e s t a b l i s h e do nK a n g d i n gT u n n e l T h e r a t i o n a l i t yo f t h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nm e t h o d i s v e r i f i e db y i n s i t um o n i t o r i n gr e s u l t so f o v e r u n d e r e x c a v a t i o n O nt h i sb a s i s,t h e i n f l u e n c e l a wo f i n t e r b e d d e da n g l eo nt u n n e l o v e r u n d e r e x c a v a t i o nw a sd i s c u s s e d F i n a l l y,t h ec o n t r o l e f f e c to fo v e r u n d e r e x c a v a t i o nb yo p t i m i z i n gt h es p a c i n go fh o l e sa r o u n dt h eh o l ea n da d d i n g r e s e r v e l a y e r i sa n a l y z e d T h er e s u l t ss h o wt h a t:W h e nt h ei n t e r l a y e r i sh o r i z o n t a l,b o t hs i d e so ft h ea r c hs h o u l d e r s i so v e re x c a v a t e ds e r i o u s l y,t h e t o po f t h e d o o r f r a m es h a p e d f l a t r o o f,o f f l a y e rd a m a g e,i n t e r l a y e rd a m a g ea p p e a r W h e nt h ed i pa n g l eo f i n t e r l a y e r i s c l o s e t ov e r t i c a l,t h eo v e r e x c a v a t i o na m o u n t o f t u n n e l i s s m a l l W h e nt h e t u n n e l a r c hi nt h em u t u a l l a y e r i n c l i n a t i o no f t h em a x i m u mv a l u eo f l i n e a ro v e r e x c a v a t i o nr e a c h e d m A f t e r t h eo p t i m i z a t i o np l a no f r e s e r v e dl a y e r b l a s t i n gi sa d o p t e do ns i t e,t h em a x i m u ml i n e a ro v e r e x c a v a t i o nv a l u ei sc o n t r o l l e dw i t h i nc m,w h i c hm e e t st h er e q u i r e m e n t o f t h em a x i m u ml i n e a r o v e r e x c a v a t i o nv a l u eo f n o tm o r e t h a n c mf o r l i g h t s u r f a c eb l a s t i n go fC l a s sVs u r r o u n d i n gr o c k s,a n dt h ed i s p l a c e m e n t a r o u n dt h e t u n n e l i sr e d u c e d,a n dt h e r e i sn oo b v i o u sd e f o r m a t i o na n ds u d d e nc h a n g eo f s u r r o u n d i n gr o c k s I t i ss u g g e s t e dt h a t f o rt h et u n n e l sw i t hh i g hr e q u i r e m e n t so fo v e r u n d e r e x c a v a t i o na n dh i g hs t a b i l i t y,t h eo p t i m a l s o l u t i o no f s e t t i n g r e s e r v e dl a y e r b l a s t i n gs h o u l db ea d o p t e d K e yw o r d s:i n t e r b e d d e dr o c km a s s e s;r a n d o mf r a c t u r eb l o c km o d e l;o v e r u n d e r e x c a v a t i o n;s m o o t hb l a s t i n g;r e s e r v e d l a y e r(上接第 页)S e n s i t i v i t yA n a l y s i sT u n n e lC o n s t r u c t i o nt oW e a t h e r e dA r g i l l o u sS a n d s t o n eS t r a t u mS U N L i c h e n g,H E Y a l a n,X U H a i y a n,(S i c h u a nS h u d a oR a i l w a yI n v e s t m e n tG r o u pC o,L t d,C h e n g d u ,C h i n a;C o l l e g eo fC i v i lE n g i n e r i n g,S i c h u a nA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,D u j i a n g y a n ,C h i n a;V i l l a g ea n dT o w n s h i pC o n s t r u c t i o nD i s a s t e rP r e v e n t i o na n dD i s a s t e rR e d u c t i o no fS i c h u a nU n i v e r s i t yE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r,S i c h u a nA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,D u j i a n g y a n ,C h i n a)A b s t r a c t:A r g i l l o u ss t o n e i se a s yt os o f t e na n dd i s i n t e g r a t ew h e ne x p o s e dt ow a t e ro r f o ra l o n gt i m e,w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t st h es a f e t yo f c o n s t r u c t i o na n ds t r u c t u r e I no r d e r t o f u r t h e r s t u d yt h e s e n s i t i v i t yo f t u n n e l s t r u c t u r e s t r e s sa n ds u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o nt oa r g i l l o u s s a n d s t o n ew i t hd i f f e r e n tw e a t h e r i n gd e g r e e so f,l a b o r a t o r y t e s t sa n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o nw e r e c a r r i e do u t P h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f s u r r o u n d i n gr o c ku n d e rd i f f e r e n tw e a t h e r i n gd e g r e e sw e r eo b t a i n e db a s e do ni n d o o rm e c h a n i c a l t e s t s T h es e n s i t i v i t yo f s t r u c t u r a l s t r e s sa n ds u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o nt op h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r sd e c r e a s e sg r a d u a l l yw i t ht h e i n c r e a s eo fm e c h a n i c a lp a r a m e t e r s H i g h l yw e a t h e r e da r g i l l a c e o u ss a n d s t o n eh a st h eh i g h e s t s e n s i t i v i t yt ot h ed e f o r m a t i o na n ds t r u c t u r a l s t r e s so f s u r r o u n d i n gr o c k,f o l l o w e db ym e d i u m w e a t h e r e da r g i l l a c e o u ss a n d s t o n ea n dw e a k l yw e a t h e r e da r g i l l a c e o u ss a n d s t o n e T h es e n s i t i v i t yo fw e a k l yw e a t h e r e da r g i l l a c e o u ss a n d s t o n e t ot h e i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e i sg r e a t e r t h a n t h e c o h e s i o n,w h i l e t h e s e n s i t i v i t yo fm e d i u m w e a t h e r e da n ds t r o n g l yw e a t h e r e da r g i l l a c e o u s s a n d s t o n e t o t h ec o h e s i o n i sg r e a t e r t h a n t h e i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e T h e r e s e a r c hr e s u l t sh a v e c e r t a i n r e f e r e n c e v a l u e