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基于黏聚力弱化边界面模型的深部洞室响应分析
1
作者
梁基冠
黄林冲
+1 位作者
马建军
杨宏伟
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期2396-2405,共10页
在原位地应力和开挖卸载作用下,深部洞室围岩呈现硬化-软化响应,这一特性对洞室力学响应评估和支护结构设计有着重要影响。为研究开挖后深部围岩的硬化-软化响应,基于边界面理论框架,引入黏聚力弱化机制,结合改进的Rowe应力-剪胀规律,...
在原位地应力和开挖卸载作用下,深部洞室围岩呈现硬化-软化响应,这一特性对洞室力学响应评估和支护结构设计有着重要影响。为研究开挖后深部围岩的硬化-软化响应,基于边界面理论框架,引入黏聚力弱化机制,结合改进的Rowe应力-剪胀规律,构建了深部围岩黏聚力弱化边界面模型,将常见的屈服面-峰值强度面-残余强度面简化为初始(峰值)边界面-残余边界面,避免了屈服面参数测量误差对计算结果的影响。在该本构模型增量化应力-应变关系的基础上,引入Hencky应变以评估洞室大变形工况,并引入辅助变量完成坐标转换,推导了描述深部圆形洞室周围应力场分布的常微分方程组。进一步地,结合深部圆形洞室的地应力环境等边界条件,对常微分方程组进行求解,获得所研究工况下的深部洞室应力分布,并将所得结果与现有解答进行对比校验。随后,分别讨论了相同支护力与不同地应力组合,以及相同地应力与不同支护应力组合等工况下的洞室应力分布。此外,基于所得深部洞室应力分布解答,计算围岩特征曲线并与相关文献进行对比,并讨论残余黏聚力取值对围岩特征曲线的影响。相关结果表明:黏聚力弱化边界面模型可以较好地描述岩石试样的硬化-软化力学行为。采用黏聚力弱化边界面模型可以有效描述深部洞室周围的应力分布,并能为支护设计提供参考。所得的围岩特征曲线能有效反映围岩的响应特征,在中段同支护力下预测的变形值比经典解答略大,残余黏聚力取值对围岩特征曲线影响较大。本文相关结论可为深部洞室支护理论构建、施工方法研发和保障深部洞室安全提供参考。
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关键词
深部洞室
黏聚力
弱化
边界面理论
响应
围岩特征曲线
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职称材料
题名
基于黏聚力弱化边界面模型的深部洞室响应分析
1
作者
梁基冠
黄林冲
马建军
杨宏伟
机构
中山大学
·深圳航空航天
学院
中山大学
土木工程
学院
(
隧道
工程
灾变
防控与
智能
建
养
全国
重点
实验室
(
中山大学
))
出处
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期2396-2405,共10页
基金
国家自然科学基金资助项目(51978677,52278422)
基础科研项目(JCKY2020110C096)
深圳市科创委可持续发展计划专项(KCXFZ202002011008532,KCXFZ20201221173207020)。
文摘
在原位地应力和开挖卸载作用下,深部洞室围岩呈现硬化-软化响应,这一特性对洞室力学响应评估和支护结构设计有着重要影响。为研究开挖后深部围岩的硬化-软化响应,基于边界面理论框架,引入黏聚力弱化机制,结合改进的Rowe应力-剪胀规律,构建了深部围岩黏聚力弱化边界面模型,将常见的屈服面-峰值强度面-残余强度面简化为初始(峰值)边界面-残余边界面,避免了屈服面参数测量误差对计算结果的影响。在该本构模型增量化应力-应变关系的基础上,引入Hencky应变以评估洞室大变形工况,并引入辅助变量完成坐标转换,推导了描述深部圆形洞室周围应力场分布的常微分方程组。进一步地,结合深部圆形洞室的地应力环境等边界条件,对常微分方程组进行求解,获得所研究工况下的深部洞室应力分布,并将所得结果与现有解答进行对比校验。随后,分别讨论了相同支护力与不同地应力组合,以及相同地应力与不同支护应力组合等工况下的洞室应力分布。此外,基于所得深部洞室应力分布解答,计算围岩特征曲线并与相关文献进行对比,并讨论残余黏聚力取值对围岩特征曲线的影响。相关结果表明:黏聚力弱化边界面模型可以较好地描述岩石试样的硬化-软化力学行为。采用黏聚力弱化边界面模型可以有效描述深部洞室周围的应力分布,并能为支护设计提供参考。所得的围岩特征曲线能有效反映围岩的响应特征,在中段同支护力下预测的变形值比经典解答略大,残余黏聚力取值对围岩特征曲线影响较大。本文相关结论可为深部洞室支护理论构建、施工方法研发和保障深部洞室安全提供参考。
关键词
深部洞室
黏聚力
弱化
边界面理论
响应
围岩特征曲线
Keywords
deep tunnel
cohesion
weakening
bounding surface theory
response
ground response curve
分类号
U451.2 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
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作者
出处
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1
基于黏聚力弱化边界面模型的深部洞室响应分析
梁基冠
黄林冲
马建军
杨宏伟
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
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