岩石隧道锚杆支护的强度理论效应研究

发布时间：2020-06-09 14:21

【摘要】：岩石隧道是可简化为平面应变问题的常见地下工程结构,围岩弹塑性解答是隧道稳定性分析的理论基础,且锚杆支护可提高隧道的稳定性。目前,对圆形隧道围岩弹塑性分析的研究都是集中在某一方面,并不能在理论上给出总的变化规律。不同的强度准则对结构计算结果的影响非常明显,应综合尽可能多的强度准则,并考虑围岩的变形特征和锚杆支护作用,获得统一形式的隧道塑性理论解答,探究相应的变化规律与具体差异,以供工程设计合理选择并有效指导隧道支护施工。本文针对岩土工程8种常用强度准则,建立了平面应变统一线性方程,并将其应用于无锚杆支护、有锚杆支护两种情况下的围岩弹-脆-塑性分析,获得了具有实际工程指导意义的理论解答。所开展的主要研究内容与取得的重要结论如下:(1)针对岩土工程中常用的8种强度准则,给出每个准则的平面应变表达式,进而归纳建立了适用于8种强度准则的平面应变统一方程。该平面应变统一方程的形式简洁、统一,选取不同的方程参数就能对应得到不同的强度准则,便于探讨平面应变条件下岩土结构的强度理论效应。(2)基于平面应变统一线性方程和弹-脆-塑性模型,综合考虑围岩剪胀特性和塑性区不同弹性应变情况,推导了无锚杆支护隧道围岩的应力与位移解答,并对其进行了可比性分析,结合参数分析讨论了围岩的强度理论效应。结果表明:无锚杆支护隧道围岩的强度理论效应明显,应优先选用广义Matsuoka-Nakai准则、统一强度理论(b=1/2)、Mogi-Coulomb准则和广义Lade-Duncan准则。(3)通过均匀化方法,将锚杆支护围岩转换为均匀、连续的等效材料,并求解围岩的等效残余抗剪强度参数,进而基于平面应变统一方程与锚杆中性点理论,推导了锚杆支护围岩的塑性区半径、塑性区位移和应力解析解,最后探讨了锚杆支护围岩的强度理论效应以及锚杆密度、锚杆长度、强度准则对隧道洞壁位移的影响。(4)对于锚杆支护围岩,锚杆密度的增加可以有效减小隧道围岩的洞壁位移;在具有较高地应力或质量较差的岩体中,只有增加锚杆长度才能有效控制隧道洞壁位移,且锚杆密度和锚杆长度对洞壁位移的影响受强度准则影响。因此,隧道锚杆支护设计应考虑锚杆密度、锚杆长度及强度准则的综合影响。
【图文】：

极限线,强度准则,极限线图,准则

四种强度准则的极限线

极限线,准则,极限线图,广义

2.1四种强度准则的极限线图2.2 DP准则的极限线图2.3三种强度准则极限线图 2.3 为广义 MN 准则、广义 LD 准则、UST( b 0、1/2 和 1)的 π 平面极限线，极限线的相对大小关系为：UST0(即 MC 准则)<UST1/2<UST1，，MC 准则<广义 MN 准则<广义 LD 准则，这是由于广义 MN 准则、广义 LD 准则、UST(b=1/2、1)均不同?
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.7

【参考文献】