等壓、非等壓荷載下巷、隧道圍巖的彈塑性理論與數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖體力學(xué)教材和許多文獻中對圓形巷、隧道等地下洞室圍巖進行彈塑性分析時，出于簡化計算和分析的目的，往往假設(shè)圍巖為均勻、連續(xù)、各向同性的理想彈塑性介質(zhì)，實踐證明其計算結(jié)果與真實圍巖存在一定差異。 本文主要介紹了在地下洞室開挖過程中，基于理想彈塑性的本構(gòu)模型，基于彈性段、硬化段、軟化段三段式光滑連接本構(gòu)模型，基于三折線型本構(gòu)模型在理論和數(shù)值計算中的異同之處。嘗試將有限元增量加載法應(yīng)用到巷、隧道圍巖的穩(wěn)定性分析中，證明其可行性。對側(cè)壓力

2、系數(shù)λ=1、λ≠1兩種情況進行了理論分析和數(shù)值模擬。主要研究工作包括： 1．介紹了理想彈塑性本構(gòu)模型，彈性段、硬化段、軟化段三段式光滑連接的本構(gòu)模型，三折線型本構(gòu)模型三種條件下洞室開挖后的圍巖的受力和變形特征。分析了基于這三種本構(gòu)模型的解的差異和各自的適用條件。 2．詳細介紹了有限元增量加載法的基本原理和計算方法，給出了判斷地下巷、隧道失穩(wěn)的判據(jù)，選擇了合適的屈服準則。有限元增量加載法求得的極限荷載對應(yīng)真實圍巖產(chǎn)生較大掉

3、塊時的臨界荷載，求得的破裂區(qū)厚度對應(yīng)真實圍巖的松動區(qū)厚度。通過與解析解和試驗結(jié)果的對比，證明了將有限元增量加載法用于地下工程的可行性。這對于地下巷、隧道圍巖的支護具有一定指導(dǎo)意義。 3．利用有限元增量加載法對不同本構(gòu)模型在側(cè)壓力系數(shù)λ=1、λ≠1兩種情況進行了數(shù)值模擬。λ=1 時，確定了各個情況下的極限荷載、塑性區(qū)的分布、應(yīng)力分布及隨圍壓的變化規(guī)律。結(jié)果表明，洞室開挖后，理想彈塑性本構(gòu)模型、三折線型本構(gòu)模型計算的切應(yīng)力σ<,θ>

4、隨半徑r的變化規(guī)律σ<,θ>-r曲線在峰值處存在尖峰向上的應(yīng)力集中；而彈性段、硬化段、軟化段三段式光滑連接的本構(gòu)模型計算的σ<,θ>-r曲線在峰值處光滑過渡，不存在尖點問題。這與各自解析計算的σ<,θ>/P<,0>-r/α曲線形狀一致。λ≠1 時，由于目前為止只有很初步的Туппенейт解，尚未有過基于非軸對稱平衡方程和幾何方程的巷道圍巖塑性分析解，故采用有限元方法對極限荷載、塑性區(qū)分布規(guī)律、應(yīng)力分布等進行了數(shù)值模擬，得出了一些有意義