开题报告--考虑峰后特性的隧道围岩锚固力学效应

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1、湖南大学硕士研究生毕业（学位）论文开题报告姓名肖旺学号S130110007已修学分32所属学院土木工程学院一级学科土木工程二级学科岩土工程指导教师苏永华(教授)开题时间2015.01研究方向隧道围岩与地下工程论文题目考虑峰后特性的隧道围岩锚固力学效应一、文献综述在地下开挖中，如果应力超出岩体峰值强度，会导致围岩非线性的体积膨胀，而且这种膨胀是不可逆的，在岩体力学中称为扩容。在深部开采工程中，由于开挖卸载导致围岩的应力重分布产生的扩容现象是普遍存在的，因此，为了安全高效的深部岩体支护开挖设计，考虑岩体的扩容特点致关重要。

2、隧道开挖以前，地下岩体在特定地应力中出于三轴的平衡状态，隧道一旦开挖，这个平衡就会被破坏，围岩应力会重新分布。洞周围岩应力重新调整导致围岩自临空面向外依次出现：塑性残余区、塑性硬化区、弹性区。对于上述各区的划分，国内外很多学者在有关论文中都有论述。隧道围岩在峰前和峰后力学性质差异显著。塑性残余区、塑性硬化区、弹性区的力学行为与岩石的全应力-应变曲线中相应段是对应的。弹性区对应于弹性变形阶段，塑性硬化区对应于塑性硬化阶段，塑性软化区对应于岩石峰后软化阶段，塑性流动区对应于残余破坏阶段。试验结果表明，在低围压的作用下，软弱

3、岩石呈脆性，表现出明显的塑性应变软化特性，应变软化阶段和残余阶段对围压有很强的敏感性；在高围压作用下，软弱岩石从脆性转为延性，岩石塑性应变软化特性逐渐减弱，岩石峰值强度与残余强度之间的差距逐渐缩小，逐渐表现出理想塑性特征。而锚杆的加入使围岩围压增大，围压的增大会使扩容量随之减弱。因此深入研究锚杆与软岩作用机理非常重要。（1）隧道围岩应变软化与塑性扩容研究理论解析方面袁文伯，陈进等根据岩体应变软化的变形特性,建立了弹塑性软化模型,分析了软岩巷道围岩塑性区和破碎区的力学性态。提出在塑性软化阶段，岩体强度随变形发展而衰减主要

4、是由于内聚力变化的结果，围岩承载能力将随应变发展而衰减,所以为了充分利用围岩的承载能力,进行岩体内加固以控制其软化程度,提高其残余强度能取得良好（本表可附页）13的支护效果。例如,使用锚杆加固和注浆等方法。在隧道围岩支护中应重视岩体内加固方法的研究和应用。提出巷道围岩的内加固和外部支撑是两种不同性质的支护形式。前者增加岩体本身的强度、改善其软化程度,从而提高了岩体的承载能力,后者与围岩相互作用,给围岩提供抗力，从而提高围岩的稳定性。采用两者联合的支护形式将更有效。付国彬，姚国圣等考虑岩石破裂后强度衰减（应变软化）和体积

5、膨胀的重要特征，导出了巷道围岩破裂区半径、塑性区半径和周边位移的解析计算公式。并给出了围岩塑性状态的判定。研究表明，应变软化程度对围岩破裂范围有直接影响，进而影响巷道收敛；破裂膨胀性对围岩破裂范围影响不大，但对巷道收敛影响显著；围岩处于破裂状态时，巷道收敛主要是由处于参与强度的破裂区围岩的剪胀变形引起的。减少破裂区半径应作为巷道布置、支护设计与施工的一个重要原则。马念杰等用岩体的全应力--应变曲线取代H.Kastner的理想弹塑性或Airey的理想脆塑性力学模型而建立的应变软化模型,提出了圆形巷道围岩塑性半径及应力的通

6、解,适用于理想弹塑性模型、应变软化和应变硬化等各种力学模型条件下的巷道围岩压力分析。对于岩体的峰后破坏曲线难于简化成直线的情况更为有效。较为客观地反映了岩体出现破坏后强度随应变增加而降低的重要特性。刘夕才，何满潮等基于Mohr-Coulomb强度准则和非关联弹塑性准则分析轴对称软岩巷道的变形规律，推导出了巷道弹塑性变形的位移理论解，并给出了现有应力与位移理论解的适用条件。引入塑性流动法则，分析软岩剪胀角对巷道围岩塑性体积应变、围岩位移分布和地层特征曲线的影响。范文等基于渝茂宏统一强度理论，考虑某些材料屈服后的强度衰减（

7、塑性软化）和体积膨胀的特点，用弹性-塑性软化-塑性残余三线段应力-应变模型推导了洞室围岩塑性残余区半径、塑性软化区半径、洞周位移，围岩内任一点应力及围岩压力的解析公式，给出了洞室围岩所处应力状态的判别式。通过实例分析了剪胀、软化及不同强度模型对结果的影响。该结果在洞室围岩稳定性分析和加固等方面具有一定的工程实用价值。温森等将非关联流动准则及Hoek-Brown准则相结合并进行理论推导，分析出了围岩开挖卸载过程中应变软化区域的分布特点及围压强度参数随塑性变形增加的变化规律，为隧道工程的数值计算提供了重要参考。蒋斌松等基于

8、Mohr-Coulomb强度准则和非关联弹塑性准则，将巷道分成破裂区、塑性区和弹性区，获得围岩应力和变形的解析解。通过算例，分析其破裂区和塑性区应力、应变的分布特点以及破裂区范围的影响。利用所得的结果，可以为巷道稳定性分析以及支护设计提供理论依据。张小波等基于Drucker-Prager准则和非关联流动法则，建立剪胀角与软化区扩容