基于厚壁筒三维解析模型的深部洞室围岩分区破裂化机制研究-论文.pdf

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1、第35卷第9期岩土力学V_0l_35No．92014年9月RockandSoilMechanicsSep．2014文章编号t1000-7598(2014)O9—2673—12基于厚壁筒三维解析模型的深部洞室围岩分区破裂化机制研究鲁建荣(中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉430071)摘要：为研究深部洞室围岩的分区破裂化机制，建立了厚壁筒三维线弹性解析模型。逐步减小厚壁简均布内压，模拟洞室静力开挖。逐步增加厚壁筒轴向均布压力，模拟洞室开挖导致洞室轴向应力集中。逐步增加厚壁筒外周非均布压力系数，模拟洞室开挖导致洞室水平应力的重分布和集

2、中效应。根据弹性力学知识和边界条件，确定洞室开挖引起的弹性应力场、应变场及位移场。从拉压域、应变梯度及径向压拉蓄能等3个方面入手，分别研究了内压静力卸荷、水平应力重分布、围压均匀部分及轴压对深部洞室围岩分区破裂的作用机制。结果表明：径向弹性拉伸能和径向弹性压缩能的相对变化反映了围岩能量释放速率和释放量。水平应力重分布和轴压是围岩出现分区破裂现象的主要因素，但两者作用机制不同。该模型可为研究高地应力深部洞室围岩破坏提供一个较统一的理论工具，也为深部工程设计提供了理论依据。关键词：岩石力学；厚壁筒；三维解析模型；深部岩体；分区破裂化中图分类号：U452文献标识码

3、：AMechanismofzonaldisintegrationwithinsurroundingrockofdeeptunnelbasedon3Danalyticalmodelofthick-walledcylinderLUJian—rong(StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering，InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430071，China)Abstract：Inordertoinvesti

4、gatethezonaldisintergrationofsurroundingrockindeeptunnel，a3Dlinearelasticmodelisbuiltbasedonlinearelastictheoryofthick—walledcylinder．Theinternalwallofmodelissubjectedtodecreasinguniformpressuretosimulatetheprocessesofcavernstaticexcavation．Theendofmodelissubjectedtoincreasingunifo

5、rmpressuretosimulatethestressconcentrationefectwhichcausesbycavernstaticexcavation．Theexternalwallofmodelissubjectedtoincreasingpressuretosimulatethestressconcentrationefectandstressredistributionwhichcausedbycavernstaticexcavation．BasedOltheelasticitytheoryandboundaryconditions，th

6、estressfield，strainfieldanddisplacementfieldaroundcircularopeninginducedbyexcavationaredetermined．Weaddressthefollowingfeaturesofthemodel：tension-compressionregion，straingradient，elasticenergyofcompressionandtensionfromdecreasinguniforminternalpressure，increasingstressredistributio

7、nandincreasinguniformexternalpressureandaxialpressure．Theresultsshowthattherelativechangebetweenelasticenergyoftensionandelasticenergyofcompressionwouldliketoreflectenergyreleaserateandquantityduringtheprocessesofcavemstaticexcavation．Thestressredistributionandaxialpressurearethema

8、infactorsleadingtozonaldis