地下硐室的几何特性对松动圈范围的影响

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1、文章编号1004－4574201201－0179－05地下硐室的几何特性对松动圈范围的影响孙有为1，门妮1，2，薄景山1，2，李平1，2，孙超3(1．防灾科技学院，河北三河065201;2．中国地震局工程力学研究所，黑龙江哈尔滨150080;3．吉林建筑工程学院，吉林长春130021)摘要:松动圈是岩体地下硐室稳定性评价和设计的重要指标之一。地下硐室的几何特性对松动圈的范围有一定的影响。运用显式有限差分法，从地下硐室的断面积、高度和跨度以及断面形状等方面就地下硐室的几何性质对松动圈影响的问题进行了数值模拟研究。结果表明:随着

2、断面面积的增大，松动圈范围扩大，扩展速度加快;随着断面跨高比的增大，松动圈范围增大;高跨比变化对松动圈范围的影响较小;断面形状对松动圈范围及扩展速度有很大影响。研究结果对地下硐室的开挖以及衬砌设计具有参考意义。关键词:地下硐室;松动圈;几何性质;数值模拟中图分类号:TU4;X9文献标志码:AInfluenceofundergroundcavity’sgeometricpropertyonbrokenzones’rangeSUNYouwei1，MENNi1，2，BOJingshan1，2，LIPing1，2，SUNChao3(

3、1．InstituteofDisasterPrevention，Sanhe065201，China;2．InstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministration，Harbin150080，China;3．JilinInstituteofArchitectureandCivilEngineering，Changchun130021，China)Abstract:Brokenzoneisoneofimportantindicesforstabilityevalua

4、tionanddesignofundergroundcavity．Theun-dergroundcavity’sgeometricpropertieshavesomeinfluenceonbrokenzones’range．Thispaperusesthenumeri-calsimulationbasedontheexplicitfinitedifferencemethodtoanalyzehowthesefactors，suchasthearea，high-spanratioandcross-sectionshapeoft

5、heundergroundcavityinfluencebrokenzones’range．Theresultsshowthatwiththeincreaseofarea，therangeofbrokenzonesexpandsandthepaceofexpansionbecomesfaster;brokenzones’rangealsoexpandswiththeincreaseofhigh-spanratio，butthechangeofhigh-spanratio’simpactonthebrokenzonesissm

6、allandthecross-sectionshape’simpactonthebrokenzones’rangeandthepaceofexpansionislarge．Theresultsofthispapercangiveareferencetoundergroundcavityexcavationandliningdesign．Keywords:undergroundcavity;brokenzone;geometricproperty;numericalsimulation岩体地下硐室开挖时，当硐壁重分布应力超过围

7、岩的屈服强度时，硐壁围岩就由弹性状态转化为塑性状态，形成一个塑性区分布范围，通常称之为塑性松动圈，一般简称为松动圈。松动圈的范围和扩展情况对于地下硐室的施工安全、硐室支护形式和衬砌等有一定的影响。因此，对于地下硐室松动圈范围和扩展方式影响因素的研究，具有十分重要的意义。目前，已有的松动圈范围的静力确定方式可以分为两个大的类别［1－2］:一类是以碎裂塌落为前提的研究方法。这种方法，将地下硐室的松动圈看作是由开挖以后岩土介质碎裂形成的新堆砌平衡体，将此平衡体看收稿日期:2010－03－07;修回日期:2010－10－14基金项目

8、:中国地震局教师科研基金项目(20110109);国家自然科学基金项目(50978237);地震行业科研专题研究项目(201008006)作者简介:孙有为(1981－)，男，博士，主要从事岩土工程抗震减灾研究．E-mail:ppfish@163．com自然灾害学报第21卷·180·作单独的