考虑损伤和扩容影响的隧洞围岩稳定性分析

发布时间：2021-01-01 08:36

　　为解决复杂地质构造条件下隧洞开挖后围岩支护问题,根据围岩应力分布曲线特征,将围岩划分为弹性区和塑性区。结合Drucker-Prager屈服准则,建立围岩弹塑性损伤本构模型,分析隧洞开挖后引起的围岩损伤力学性能劣化和卸载时扩容效应的作用,推导出隧洞围岩在损伤和扩容条件下弹塑性区的解析解。研究表明:随着损伤和扩容程度的增加,支护阻力和塑性区位移明显增大;塑性区半径越大时,切向应力峰值远离隧洞壁,在一定范围内对围岩的稳定影响越深;随着中间主应力系数的增大,支护阻力随之减小,考虑中间主应力系数时对支护参数的优化更加有利。 

【文章来源】：中国安全科学学报. 2020年07期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

围岩力学模型

隧洞开挖过程中，围岩在一定范围内会产生微裂缝并不断地扩展，岩体的力学性能劣化，进而造成隧洞围岩失稳破坏。岩石在单向压缩条件下，将整个过程的应力-应变曲线简化为双线性曲线[11]，如图2所示。AB段为线弹性阶段，弹性模量为E,GPa;BC段为塑性损伤软化阶段，降模量为λ;B点为峰值强度σc，此处的应变为εc，ε为单轴压缩下的应变。当岩石在单轴压缩下到达峰值强度前的损伤可以忽略，超过峰值强度后出现的损伤为线性各向同性损伤演化[9]。用损伤变量D来描述岩体的弱化作用，因此，在单向压缩下隧洞围岩的一维损伤演化方程可表示为[12]:

图3 支护阻力与塑性区半径的关系


本文编号：2951282