含結(jié)構(gòu)面隧洞圍巖損傷演化和時效破壞的數(shù)值模擬研究.pdf

1、基于對巖石長期強度的認(rèn)識，從巖石的強度、彈模等物理力學(xué)性質(zhì)受環(huán)境因素影響隨時間劣化以及巖石內(nèi)部細(xì)觀損傷積累的角度出發(fā)，通過引入巖體細(xì)觀表征單元體的強度退化方程，應(yīng)用RFPA數(shù)值模擬方法，研究隧洞圍巖的損傷演化與時效破壞機制。
　　首先，模擬了巖石的單軸壓縮蠕變試驗和隧洞的時效變形破壞過程，并分別與相應(yīng)的物理試驗結(jié)果進行了對比，數(shù)值模擬結(jié)果很好地反映了軟弱巖石典型蠕變的三階段:初始、穩(wěn)定和加速階段;隧洞數(shù)值模擬試驗得到了拱頂、拱底以

2、及兩側(cè)幫的時效變形特征曲線，與實際物模試驗結(jié)果表現(xiàn)出了較好的一致性。作為參數(shù)分析，進一步模擬分析了側(cè)壓系數(shù)對隧洞時效損傷破壞特性的影響，模擬結(jié)果顯示，隨著側(cè)壓系數(shù)的增大，隧洞左右邊墻間的收斂位移逐漸增大，而隧洞拱項拱底間的閉合位移隨側(cè)壓系數(shù)的增大逐漸減小，并對隧洞圍巖的局部的細(xì)觀損傷演化過程及宏觀時效破壞模式做出了清晰的解釋。
　　其次，研究了軟弱夾層的分布對隧洞圍巖損傷演化和時效破壞的影響，發(fā)現(xiàn)隧洞周圍應(yīng)力場和位移場分布的對稱性

3、在軟弱夾層的影響下發(fā)生明顯的改變，出現(xiàn)向軟弱夾層附近“遷移”的現(xiàn)象，使得洞室與軟弱夾層之間形成高應(yīng)力集中區(qū)，進而造成臨近軟弱夾層一側(cè)巖體的位移和破壞程度明顯增大;由于軟弱夾層分布位置的不同，隧洞圍巖的時效損傷破壞模式也出現(xiàn)明顯的差異。作為參數(shù)分析，進一步模擬分析了軟弱夾層厚度對隧洞圍巖時效損傷破壞特性的影響，模擬結(jié)果顯示，隨著軟弱夾層厚度的增加，隧洞的拱頂、兩側(cè)邊墻位移不斷地增大，隧洞的破壞程度也越來越嚴(yán)重，夾層厚度對隧洞時效損傷破壞的

4、影響顯著增大。
　　進而，模擬分析了節(jié)理分布傾角對隧洞圍巖的損傷演化和時效破壞機制的影響，發(fā)現(xiàn)在節(jié)理的影響下，隧洞開挖后，圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律發(fā)生明顯的改變;節(jié)理為水平節(jié)理時，隧洞以兩側(cè)邊墻片幫破壞為主;隨著節(jié)理面傾角的變化，隧洞圍巖的的時效損傷破壞模式也發(fā)生了明顯的變化，隧洞損傷破壞區(qū)隨節(jié)理傾角的增大相應(yīng)旋轉(zhuǎn);當(dāng)節(jié)理方向豎直時，隧洞破壞主要集中于拱頂和拱底部位，出現(xiàn)了嚴(yán)重的冒頂和底鼓現(xiàn)象。同時，在節(jié)理面的影響作用下，隧洞周圍圍巖的