基于損傷理論的圓形水工壓力隧洞圍巖應(yīng)力場(chǎng)分析.pdf

1、隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)對(duì)水的需求量迅速增長(zhǎng)，加之人類(lèi)活動(dòng)造成的水污染，使得世界上許多國(guó)家和地區(qū)出現(xiàn)了水資源危機(jī)，因此國(guó)內(nèi)外修建了許多水工隧洞緩解這一情況。隧洞掘進(jìn)破壞了原巖地應(yīng)力場(chǎng)，使圍巖應(yīng)力重新分布，應(yīng)力集中區(qū)的高應(yīng)力造成隧洞變形破壞。因此必須合理準(zhǔn)確的計(jì)算隧洞圍巖應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，為隧洞變形破壞計(jì)算及穩(wěn)定性分析提供理論依據(jù)。巖體內(nèi)部存在微裂紋，其發(fā)生、擴(kuò)展、并合，決定了巖石材料的宏觀力學(xué)性能，因此隧洞圍巖應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的

2、計(jì)算應(yīng)該考慮巖石材料的損傷特性。地下水是巖體賦存的重要環(huán)境因素之一，巖體地下隧洞周?chē)膽?yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)無(wú)時(shí)不受滲流場(chǎng)的影響，尤其是深埋高水頭富水環(huán)境或承受高水頭內(nèi)水壓力的隧洞，滲流場(chǎng)對(duì)其周?chē)鷳?yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的影響將達(dá)到不可忽視的程度。 為了探清地下水滲流和巖石材料的損傷特性對(duì)圓形水工壓力隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響，本文針對(duì)圓形水工壓力隧洞，將隧洞圍巖視為多孔介質(zhì)，采用流-固耦合理論，考慮在施工工況下地下水滲流作用的影響，假設(shè)巖石材料為均質(zhì)

3、的和各向同性的，應(yīng)用彈塑性損傷力學(xué)理論，采用統(tǒng)一強(qiáng)度理論，根據(jù)不同的地應(yīng)力情況，推導(dǎo)了施工工況下隧洞圍巖發(fā)生全彈性變形或出現(xiàn)損傷區(qū)或出現(xiàn)完全損傷區(qū)時(shí)的隧洞圍巖應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的統(tǒng)一解。并且通過(guò)算例分析了圍巖在不同地應(yīng)力情況下，內(nèi)摩擦角ψ和粘聚力c對(duì)圍巖應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的影響。 ψ和c對(duì)圍巖損傷區(qū)和完全損傷區(qū)半徑、應(yīng)力、位移的影響規(guī)律相同。ψ對(duì)圍巖出現(xiàn)損傷區(qū)時(shí)損傷半徑范圍有著比較顯著的影響，隨著ψ的增大，圍巖損傷半徑在逐漸減小。對(duì)圍巖

4、出現(xiàn)完全損傷區(qū)時(shí)損傷和完全損傷區(qū)半徑范圍也有著顯著的影響，隨著ψ的增大，圍巖損傷和完全損傷區(qū)半徑都在逐漸減小。但是二者相比，對(duì)后者影響較大。c對(duì)圍巖出現(xiàn)損傷區(qū)時(shí)損傷半徑范圍的影響不太顯著，隨著c的增大，圍巖損傷半徑在逐漸減小。對(duì)圍巖出現(xiàn)完全損傷區(qū)時(shí)損傷和完全損傷區(qū)半徑范圍的影響也不太顯著，隨著c的增大，圍巖損傷和完全損傷區(qū)半徑都在逐漸減小。但是二者相比，對(duì)前者影響較大，但總的來(lái)看都不明顯。本文推得的統(tǒng)一解中，令b=0，若分別不考慮滲透水