基于應變軟化模型的巖體峰后變形特性和隧洞結構穩(wěn)定性研究.pdf

1、巖體峰后本構關系是圍巖穩(wěn)定分析、錨桿支護設計等研究的基礎。對巖體峰后本構關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，同時對巖體力學理論的發(fā)展也會起到推動作用。本文針對以往力學模型的不足，結合973課題“高應力強卸荷作用下多組裂隙巖體宏細觀力學行為”的研究需要，以彈塑性理論為基礎，利用理論推導、實驗、概率統(tǒng)計和數值分析等手段，對巖體的變形破壞機理、峰后應力-應變關系、錨固優(yōu)化和隧洞巖體的穩(wěn)定性問題進行了研究，

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

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

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

5、r>　　 (5)基于應變軟化模型，提出了求解多組和隨機分布的貫穿裂隙巖體峰后應力-應變關系的一般方法，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力-應變曲線的影響。
　　 (6)通過對Lee YK等提出的彈塑性求解方法的不足之處進行改進，給出了一個基于應變軟化模型對圍巖進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力和位移的影響，步驟更加簡單。在此基礎上研究了塑性區(qū)彈性模量和泊松比的

6、演化、剪脹效應和巖石脆性對圍巖屈服范圍、應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)向應力和徑向位移的數值求解方法，并與文獻[166]采用的理想彈塑性模型進行了比較研究。其次基于Hoek-Brown屈服準則，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