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1、Vol.42，No.1第42卷第1期February，2016SichuanBuildingMaterials2016年2月应变软化圆形硐室开挖问题的弹塑性分析徐国耀,项德彬(安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001)[1]摘要:岩石的应变软化性质给地下硐室的施工及维生破坏。因此,硐室开挖之前,需对其开挖过程中,围护带来了一系列问题。为保证应变软化岩石中硐室围岩的岩各区可能产生的应力、位移分布规律及围岩压力与硐周安全和稳定,本文首先基于Mises屈服准则及岩体单轴压缩位移关系等进行深入的研究,得到围岩理论工况及其承载本构关系,得到了简化的岩体应变软化本构模型
2、;再结合机制的规律性认识,从而为后续的围岩支护设计与施工提岩体流动法则,运用弹塑性理论,对圆形硐室在等压荷载供科学指导。在此研究方面,传统的研究大多数都是基于[2]条件下围岩各区应力与位移分布规律及围岩压力与硐周位理想弹塑性体和摩尔-库仑屈服准则进行展开的。岩土移关系进行了研究,得到了围岩各区应力场、位移场及围工程实践表明,多数岩土类材料在工程荷载作用下都会表[3]岩压力与硐周位移关系的理论解答。现出一定的应变软化性质,不符合理想弹塑性体模型。关键词:应变软化;Mises屈服准则;围岩压力;弹塑此外,传统的研究方法也常常会忽略中间主应力的影响。性理论而这两种情况均
3、会过高的假定硐室围岩承受地应力的能力。中图分类号:TU452文献标志码:A为提高研究的准确性,目前,大量学者在该方面做出了有文章编号:1672-4011(2016)01-0038-03益研究。潘岳,王志强等考虑等效应力应变的方法,给出DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2016.01.020了简化的应变软化本构方程,从而将岩石的应变软化性质[2]考虑到了围岩的弹塑性分析中。王水林等提出了将应变Elastic-plasticAnalysisofExcavationProblemof软化过程转化为一系列脆性应力跌落与塑性流动过程,从[3]Stra
4、inSofteningCircularCavern而考虑了岩石的应变软化性质。同样,李文婷、周家文[4-5]XUGuoyao,XIANGDebin等在该领域也都做出了一些有益的研究。但他们所给(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,AnhuiUniversityof出的研究方法均存在一定的局限性。本文基于此现状,综ScienceandTechnology,Huainan232001,China)合考虑Mises屈服准则及岩体简单单轴压缩本构关系,推出简化了的岩体应变软化本构模型,再结合岩体的流动法则,Abstract:Th
5、estrainsofteningpropertyofrockmasses对硐室围岩进行了相应的弹塑性分析。bringsaboutaseriesofissuestotheconstructionandmainte-1硐室开挖模型建立及岩体力学特性分析nanceofundergroundchamber.Toguaranteethesafetyandsta-bilityofthechamberinstrainsofteningrockmasses,wefirstob-1．1圆形硐室开挖力学模型的建立tainedthesimplifiedstrainsofteningco
6、nstitutivemodelbasedon设地应力为p,硐室受均匀压力,为轴对称问题,则圆形0Misesyieldcriterionandconstitutiverelationofrockunderuni-硐室开挖问题的力学模型如图1所示。硐室开挖过程中,围axialcompression.Togetherwithsimplifiedflowruleofrock岩将产生环向应力σ及径向应力σ,当σ-σ达到某一定θrθrmassesgetfromtriaxialcompressiontest,distributionofthe值时,硐壁岩石进入塑性状态,硐周形成
7、应变软化区;σ-σθrstressanddisplacementinsurroundingrockmasses,bearing继续增长,硐周形成塑性流动区,最终依次形成如图1所示mechanismofsurroundingrockmassesandrelationshipbetween的弹性区、应变软化区和塑性流动区。图中,R为应变软化区surroundingrockpressureandsurroundingrockdisplacementare外径;R为塑性流动区外径;a为硐室半径。sstudiedthroughelastic-plastictheory.Af
8、teras
