爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性和变形破坏特征的影响
发布时间：2021-10-20 13:49
为研究爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性的影响,采用中科院武汉岩土所自主研发的CASRock软件系列模块,即弹塑性细胞自动机EPCA3D动力模块,分析了爆破荷载作用下不同方向中间主应力（水平方向、隧道轴向）、软弱夹层与隧道距离（2r、1r、0.5r、0.25r）和软弱夹层倾角（0°～90°）对隧道围岩稳定性的影响。以等效塑性应变为破坏特征量分析围岩的损伤程度,发现当中间主应力沿隧道轴向时对围岩稳定性基本无影响;当中间主应力沿水平方向时隧道围岩稳定性随着中间主应力的增大逐渐增强;软弱夹层越靠近隧道边界产生的影响越大;软弱夹层倾角对隧道围岩的影响程度随角度增长先增大后减小,在60°至75°范围内影响程度达到最大。
【文章来源】：爆破. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
模型示意图
由工况一,考虑软弱夹层的存在,且d=0.5r、θ=45°,结果云图如图2所示,软弱夹层由于其构造特点导致抗剪强度较低,相比附近的围岩更早进入屈服状态,不同于隧道围岩塑性区仅出现在隧道周边一定范围内,软弱夹层塑性区发展至更远的区域。统计最大等效塑性应变数据(表3),左侧拱腰处塑性应变明显大于右侧。与围岩的危险区只分布在隧道周边一定范围内相比,软弱夹层塑性区可以扩展到更远的区域。中间主应力沿隧道轴向时,随着σy的不断增大,施加在y方向(隧道轴向)的应力对隧道围岩整体稳定性影响较小,验证了以最大水平主应力方向为隧道开挖方向这一实际工程经验的合理性。由于σy数值的变化对围岩整体稳定性影响甚微,之后的研究将不再讨论中间主应力沿隧道轴向的情况。保持σz=70 MPa、σy=20 MPa不变,中间主应力沿水平方向,如图3所示,当σx处于较低水平时,由于软弱夹层的存在,隧道左侧拱腰处应变明显大于右侧,随着σx逐渐增大,隧道左右两侧及软弱夹层等效塑性应变都随之降低,软弱夹层内部的塑性区逐渐缩小,当σx为50 MPa时软弱夹层内部塑性区完全消失,说明水平方向应力σx的增大抑制了隧道围岩及软弱夹层内部破坏区的发展,表现为σx对隧道围岩及软弱夹层稳定性的影响较大。
表 3 软弱夹层d=0.5r下EPS统计表Table 3 EPS statistical table under weak interlayer d=0.5r σx/MPa σy/MPa EPS最大值 出现区域 σx/MPa σy/MPa EPS最大值 出现区域 20 0.04667 20 0.04667 30 0.04672 30 0.04653 20 40 0.04636 左侧拱腰 40 20 0.04101 左侧拱腰 50 0.04773 50 0.04043 60 0.04720 60 0.03823 70 0.04801 70 0.038222.1.2 软弱夹层距离隧道壁0.25r
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑中主应力后对隧道围岩稳定性的影响[J]. 孔超,仇文革,章慧健,刘凯. 中国铁道科学. 2015(04)
[2]软弱夹层对隧道围岩稳定性影响规律研究[J]. 石少帅,李术才,李利平,隋斌,周宗青. 地下空间与工程学报. 2013(04)
[3]多轴应力对深埋硬岩破裂行为的影响研究[J]. 潘鹏志,冯夏庭,邱士利,周辉. 岩石力学与工程学报. 2011(06)
[4]爆破作用下岩体顺倾软弱夹层的变形规律研究[J]. 肖定军,张继春,蒲传金,郭学彬. 爆破. 2010(04)
[5]大理岩弹塑性耦合特性试验研究[J]. 张凯,周辉,冯夏庭,邵建富,杨艳霜,张元刚. 岩土力学. 2010(08)
[6]脆性岩石破裂演化过程的三维细胞自动机模拟[J]. 潘鹏志,冯夏庭,周辉. 岩土力学. 2009(05)
本文编号：3447014
【文章来源】：爆破. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
模型示意图
由工况一,考虑软弱夹层的存在,且d=0.5r、θ=45°,结果云图如图2所示,软弱夹层由于其构造特点导致抗剪强度较低,相比附近的围岩更早进入屈服状态,不同于隧道围岩塑性区仅出现在隧道周边一定范围内,软弱夹层塑性区发展至更远的区域。统计最大等效塑性应变数据(表3),左侧拱腰处塑性应变明显大于右侧。与围岩的危险区只分布在隧道周边一定范围内相比,软弱夹层塑性区可以扩展到更远的区域。中间主应力沿隧道轴向时,随着σy的不断增大,施加在y方向(隧道轴向)的应力对隧道围岩整体稳定性影响较小,验证了以最大水平主应力方向为隧道开挖方向这一实际工程经验的合理性。由于σy数值的变化对围岩整体稳定性影响甚微,之后的研究将不再讨论中间主应力沿隧道轴向的情况。保持σz=70 MPa、σy=20 MPa不变,中间主应力沿水平方向,如图3所示,当σx处于较低水平时,由于软弱夹层的存在,隧道左侧拱腰处应变明显大于右侧,随着σx逐渐增大,隧道左右两侧及软弱夹层等效塑性应变都随之降低,软弱夹层内部的塑性区逐渐缩小,当σx为50 MPa时软弱夹层内部塑性区完全消失,说明水平方向应力σx的增大抑制了隧道围岩及软弱夹层内部破坏区的发展,表现为σx对隧道围岩及软弱夹层稳定性的影响较大。
表 3 软弱夹层d=0.5r下EPS统计表Table 3 EPS statistical table under weak interlayer d=0.5r σx/MPa σy/MPa EPS最大值 出现区域 σx/MPa σy/MPa EPS最大值 出现区域 20 0.04667 20 0.04667 30 0.04672 30 0.04653 20 40 0.04636 左侧拱腰 40 20 0.04101 左侧拱腰 50 0.04773 50 0.04043 60 0.04720 60 0.03823 70 0.04801 70 0.038222.1.2 软弱夹层距离隧道壁0.25r
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑中主应力后对隧道围岩稳定性的影响[J]. 孔超,仇文革,章慧健,刘凯. 中国铁道科学. 2015(04)
[2]软弱夹层对隧道围岩稳定性影响规律研究[J]. 石少帅,李术才,李利平,隋斌,周宗青. 地下空间与工程学报. 2013(04)
[3]多轴应力对深埋硬岩破裂行为的影响研究[J]. 潘鹏志,冯夏庭,邱士利,周辉. 岩石力学与工程学报. 2011(06)
[4]爆破作用下岩体顺倾软弱夹层的变形规律研究[J]. 肖定军,张继春,蒲传金,郭学彬. 爆破. 2010(04)
[5]大理岩弹塑性耦合特性试验研究[J]. 张凯,周辉,冯夏庭,邵建富,杨艳霜,张元刚. 岩土力学. 2010(08)
[6]脆性岩石破裂演化过程的三维细胞自动机模拟[J]. 潘鹏志,冯夏庭,周辉. 岩土力学. 2009(05)
本文编号：3447014
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