隧道纵向变形曲线与围岩特征曲线耦合分析

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1、第36卷第4期岩土工程学报Vol.36No.42014年.4月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringApr.2014DOI：10.11779/CJGE201404015隧道纵向变形曲线与围岩特征曲线耦合分析*崔岚，郑俊杰，苗晨曦，董友扣（华中科技大学岩土与地下工程研究所，湖北武汉430074）摘要：目前，多数关于开挖面空间效应的研究仅采用弹性与理想弹塑性模型进行分析。然而，具有不同地质强度指标（GSI）的岩体呈现不同的峰后破坏模式，应采用合适的力学模型计算表征空间效应的隧道纵向变形曲线。同时，可将相同模型下围岩

2、特征曲线与之进行耦合，从而指导隧道支护设计。提出了一种简便的基于有限差分法的分析方法，该法可计算Hoek-Brown与Mohr-Column屈服准则下，采用理想弹塑性、弹脆塑性、应变软化模型的隧道纵向变形曲线与围岩特征曲线。利用已有研究成果，验证了方法的合理性，并比较了不同GSI范围与不同力学模型下开挖面后部某一位置处的虚拟支撑力。结果表明：GSI越大，3种模型下对应的虚拟支撑力差别越大，更应如实考虑岩体峰后力学行为；GSI中等或较高时，离开挖面距离小于约0.8倍洞径时，理想弹塑性模型设计偏于保守，但大于此距离时情况相反。关键词：隧道；围岩；变形；耦

3、合分析；弹塑性本构模型中图分类号：TU43；U451.2文献标识码：A文章编号：1000–4548(2014)04–0707–09作者简介：崔岚（1989–），女，湖北英山人，博士，主要从事岩石力学与隧道工程方面研究工作。E-mail:cuilan@hust.edu.cn。CouplinganalysisoflongitudinaldeformationprofileandgroundreactioncurveCUILan,ZHENGJun-jie,MIAOChen-xi,DONGYou-kou(InstituteofGeotechnicalandU

4、ndergroundEngineering,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)Abstract:Atpresent,mostoftheexistingstudiesonthespatialexcavationeffectsareconductedbymeansoftheelasticandelastic-perfectly-plasticmodels.However,therockmasseswithdifferentrangesofgeologicalstrengt

5、hindex(GSI)exhibitdifferentbehaviorsduringpost-peakstages.Anappropriatemechanicalmodelshouldbeadoptedtostudythelongitudinaldeformationprofile(LDP).Then,LDPcanbecoupledtogroundreactioncurve(GRC)soastoaidthesupportdesign.Byuseofthefinitedifferencemethod,asimpleanalysisapproachisp

6、roposed.BasedontheHoek-BrownandMohr-Columnfailurecriteria,thismethodcanobtainLDPsandGRCsusingelastic-perfectly-plastic,elastic-brittle-plasticandplasticstrain-softeningmodels.Thecalculatedresultsarecomparedwiththosefromotherexistingmethodstoverifythecalculationaccuracyoftheprop

7、osedmethod,andafurtherstudyismadetoinvestigatethevirtualsupportpressureatacertainlocationbehindtheexcavationface.TheresultsindicatethatthehigherthevalueofGSI,thegreaterthedifferenceofvirtualsupportpressureforthethreemodels,andthusitismorenecessarytoconsiderthepost-peakmechanica

8、lbehaviorofhighervalueofGSIrealistically;foranintermed