主应力对围岩失稳破坏行为影响的三维数值模拟研究

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1、犬達裡－大＇爱ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ工睡ｆｉＳｇ士享位文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ＾＾／＾＼？—ＩＩ含５主应力对围岩失稳破坏行为影响的三维数值模拟研究工程领域——————崖蓝与土末工ｉｉ＿作者姓名指导教师梁正召教授答辩日期专业学位硕士学位论文主应力对围岩失稳破坏行为影响的三维数值模拟研究ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅＰｒｉｎｃｉａｌＳｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅＦａｉｌｕｒｅＢｅｈａｖｉｏｒｐ

2、－ｏｆＳｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇＲｏｃｋｓｗｉｔｈＴｈｒｅｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ作者姓名：龚斌学科、专业：建筑与土木工程学号：３１２０６０３２指导教师：唐春安教授梁正召教授完成日期：２０１５年５月太ｉ理工大旁ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中巳经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果

3、，也不包含其他巳申请学＇位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均巳在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：主桃驗Ｍ坏命：减嘴命场截發乂啼．作者签名ｔ（：日期：乂ｙｓ年月日大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要近几十年来，，由于国家社会经济不断发展、科技水平不断提升我国幵发地下空间的工程项目越来越多，地下空间的安全稳定性也越发成为人们关心的重要内容。特别是地下工程所处的应力环境往往十分复杂，岩体通常处于三向受力状态，洞室围岩表现出了很强的非线性变形破坏

4、特征。简单的假设为二维平面问题容易忽视轴向应力的作用及中间主应力的影响等，当涉及到破坏过程时也很难有助于深入地理解所面临的问题，有必要结合相关理论，考虑岩体的物理力学特性及破坏特征，从应力的三维效应出发研究多轴应力条件下地下洞室围岩破裂失稳的机制，为地下空间灾害监测预报、支护设计及安全稳定分析与评价等提供可靠依据。针对复杂应力环境三向应力状态下地下洞室围岩的破坏条件和破裂机制，首先采用韦伯分布建立能够描述岩体非均匆性特征的三维地质模型，以基于物理统计理论的细观损伤力学，，考虑应力的三维效应，引入强度折减法模拟洞室围岩从初始损伤到最终失稳破坏的

5、全过程，。在各种类型的三轴物理试验中大量的前期工作都用于消除一，，试验的端部效应，在数值模拟中通过引入强度折减法方面在保持模型边界条件一的同时实现洞室围岩的逐步破坏，获得围岩破裂过程和破坏模式，另方面，可以计算得到的安全系数定量评价不同应力环境中洞室的安全稳定状况一。而后，进步探讨在不同的轴向应力和侧压力系数条件下洞室围岩的破坏模式与稳定状况，探究中间主应力对围岩破坏规律及对洞室安全稳定的影响。最后，研宄了深部地下工程岩体中可能存在的分区破裂现象形成的条件及破坏的规律。论文的主要内容和成果如下：（１）研宄了轴向应力分别为最小主应力、中间主应力、最

6、大主应力时地下洞室的破坏规律以及不同轴向应力作用下洞室稳定的安全系数。结果表明，当轴向应力较小时，会促使围岩发生局部破坏，压剪破坏和拉伸破坏共同威胁着围岩的稳定向；当轴应力较大时，围岩出现间隔破裂的现象，破坏区在洞周附近分布更加均勾，洞室趋向于整体失稳模式，。同时当改变侧压力系数时，洞室轴向应力对安全系数影响的规律是不相同的。（２）研宄了洞室侧压力系数取不同值时围岩破坏模式及稳定状况。结果表明，围岩岩体初始破裂形成的位置和发展的趋势受侧压力系数影响严重。当侧压力系数较小时，破裂首先产生在洞室两壁附近，而后局部破裂带不断向围岩深处发展，威胁洞室

7、的安全稳定；当侧压力系数较大，偏压水平不高时，破坏区在洞室周围分布更加均匀，但是破裂形式复杂，总体上呈现出了整体破坏的模式。同时随着围岩侧压力系数－－Ｉ主应力ＸｉＴ围岩失稳破坏行为影响的三维数值模拟研究的增加，洞室安全稳定性基本上表现出逐步提高的趋势，但安全系数提高的快慢因轴向应力的不同而存在着明显差异。３）探究了不同中间主应力作用下洞室围岩的破坏规律和安全稳定状况。结果表（明，中间主应力对洞室围岩破坏规律有着显著的影响，同时，地下涧室围岩的安全稳定性具有中间主应力效应，不同