基于應(yīng)變軟化模型的巖體峰后變形特性和隧洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究.pdf

1、巖體峰后本構(gòu)關(guān)系是圍巖穩(wěn)定分析、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)等研究的基礎(chǔ)。對巖體峰后本構(gòu)關(guān)系的深入研究可使圍巖穩(wěn)定分析更加精確合理、安全可靠，具有極大的工程意義，同時對巖體力學(xué)理論的發(fā)展也會起到推動作用。本文針對以往力學(xué)模型的不足，結(jié)合973課題“高應(yīng)力強(qiáng)卸荷作用下多組裂隙巖體宏細(xì)觀力學(xué)行為”的研究需要，以彈塑性理論為基礎(chǔ)，利用理論推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)、概率統(tǒng)計(jì)和數(shù)值分析等手段，對巖體的變形破壞機(jī)理、峰后應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、錨固優(yōu)化和隧洞巖體的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究，

2、主要成果有：
　　 (1)通過對σ1-σ3坐標(biāo)系下巖塊和裂隙面的摩爾-庫倫強(qiáng)度曲線的位置關(guān)系進(jìn)行比較，研究了貫穿裂隙的強(qiáng)度特性、破壞方式和錨桿錨固角度的優(yōu)化方法。揭示了在三軸試驗(yàn)中，當(dāng)圍壓較低時，巖體一般沿著結(jié)構(gòu)面破壞，但當(dāng)圍壓較高時，巖體有時會轉(zhuǎn)化為沿著巖塊剪切破壞的機(jī)理，并給出了這一轉(zhuǎn)化的臨界圍壓的解析式和出現(xiàn)這一現(xiàn)象的條件。與傳統(tǒng)的摩爾應(yīng)力圓方法相比，采用σ1-σ3坐標(biāo)系下的摩爾-庫倫強(qiáng)度線研究裂隙巖體的強(qiáng)度特性和破壞機(jī)制

3、，方法更簡單，更有利于用數(shù)學(xué)分析的方法解問題。
　　 (2)基于應(yīng)變軟化模型，提出了建立巖體峰后應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的一般方法：首先確定應(yīng)變軟化參數(shù)和強(qiáng)度準(zhǔn)則，然后根據(jù)強(qiáng)度參數(shù)的演化規(guī)律，建立強(qiáng)度參數(shù)與應(yīng)變軟化參數(shù)之間的聯(lián)系，根據(jù)強(qiáng)度準(zhǔn)則，建立應(yīng)力與強(qiáng)度參數(shù)之間的關(guān)系，最后以強(qiáng)度參數(shù)這一中間變量為紐帶得到應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系。應(yīng)變軟化模型以彈塑性理論為基礎(chǔ)，能夠綜合考慮損傷、圍壓和剪脹效應(yīng)等對峰后應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響，可以更好的刻畫巖

4、體峰后本構(gòu)關(guān)系。
　　 (3)研究了峰后變形階段變形參數(shù)的演化對巖體峰后應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。研究表明，彈性模量與泊松比的演化對巖體峰后應(yīng)力-應(yīng)變曲線都有著一定的影響，就影響程度而言，彈性模量對軸向應(yīng)變的影響較大，而泊松比對側(cè)向應(yīng)變的影響較大。
　　 (4)研究了應(yīng)變軟化參數(shù)的選取對峰后應(yīng)力.應(yīng)變曲線的影響，對以塑性剪應(yīng)變、等效塑性應(yīng)變和最大塑性主應(yīng)變作為應(yīng)變軟化參數(shù)得到的峰后軟化階段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行了比較研究。

5、r>　　 (5)基于應(yīng)變軟化模型，提出了求解多組和隨機(jī)分布的貫穿裂隙巖體峰后應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的一般方法，研究了裂隙的平均間距、法向剛度，剪切剛度對貫穿裂隙巖體峰后應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。
　　 (6)通過對Lee YK等提出的彈塑性求解方法的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，給出了一個基于應(yīng)變軟化模型對圍巖進(jìn)行彈塑性求解的更加完備的方法，該方法可以考慮彈性模量和泊松比的演化對應(yīng)力和位移的影響，步驟更加簡單。在此基礎(chǔ)上研究了塑性區(qū)彈性模量和泊松比的

6、演化、剪脹效應(yīng)和巖石脆性對圍巖屈服范圍、應(yīng)力和位移分布的影響。
　　 (7)考慮襯砌對圍巖有制約作用的條件下，采用應(yīng)變軟化模型研究了含襯砌有壓圓形隧洞圍巖的穩(wěn)定性問題。首先基于Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，提出了含襯砌有壓圓形隧洞圍巖的塑性區(qū)半徑、環(huán)向應(yīng)力和徑向位移的數(shù)值求解方法，并與文獻(xiàn)[166]采用的理想彈塑性模型進(jìn)行了比較研究。其次基于Hoek-Brown屈服準(zhǔn)則，給出了含襯砌有壓圓形隧洞的塑性區(qū)半徑、徑向位移和環(huán)向應(yīng)