考虑剪胀与软化巷道围岩弹塑性研究

《考虑剪胀与软化巷道围岩弹塑性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、考虑剪胀与软化巷道围岩弹塑性研究　　摘要：在应力跌落模型的基础上引进软化阈值，建立了弹塑脆性模型，模拟岩土材料的脆性软化性质。基于Mohr-Coulomb准则，考虑了岩土材料屈服后的塑性软化和体积膨胀，推导了圆形巷道围岩的软化区半径、塑性区半径、洞周位移及围岩内应力表达式，最后通过算例分析了剪胀、软化程度和弹模劣化对破裂区范围的影响，为巷道的稳定分析以及支护设计提供理论依据。关键词：巷道；弹塑性；剪胀；软化；解析解中图分类号：TU451.2文献标志码：A文章编号：1674-4764（2013）03-0007-05Elastic-Plastic

2、AnalysisofSurroundingRocksConsideringMaterialDilatancyandSofteningWeiJianjun1，2（1.StateKeyLaboratoryforGeomechanicsandDeepUndergroundEngineering，ChinaUniversityofMining&Technology，Xuzhou221008，Jiangsu，P.R.China；2.R&DCentreofJiangsuConstructionSafetyandDisaster11Mitigation，J

3、iangsuInstituteofArchitecturalTechnology，Xuzhou221116，Jiangsu，P.R.China）Abstract：Basedonstressdroppingmodel，anelastoplastic-brittlemodelwasestablishedbyusingasofteningthresholdvaluetomodelthefeaturesofthegeotechnicalmaterials.AccordingtotheMohr-Coulombcriterion，theradiusoft

4、heruptureandplasticzone，thedisplacementandstressexpressionsofsurroundingrockwereobtainedwiththeconsiderationofthestrain-softeninganddilatancyofgeotechnicalmaterials.Furthermore，themodelwasverifiedbycasestudyandtheinfluenceofstrain-softening，dilatancyandelasticmodulusdeterio

5、rationoncalculationresultwerepresented.Keywords：circularopening；elastoplastic；dilation；strain-softening；analyticalsolution11随着矿山开采的大规模进行和采深的增加，造成的灾害日益增多，对深部资源的安全高效开采造成巨大威胁。深部岩体处于高地应力、高温、高渗透压的恶劣环境中，使得岩体的组织结构、力学性态和工程响应均发生根本性变化，围岩表现出特殊的非线性力学行为[1-3]。深部巷道开挖后二次应力场形成引起的高地应力集中导致围岩压

6、剪应力超过其强度进而破坏处于剪胀状态；同时，开挖后的近表围岩内空隙水压力降低引起的围岩有效应力增大加剧了围岩的破裂；高地温带来的附加应力对围岩破裂扩展带了不可忽视的影响。岩石进入峰后阶段由于应力跌落方式的不确定性，难以用经典理论来描述[4-5]。Hoek等[6]于1997年提出了估算岩石峰后力学行为的方法，给出了岩石峰后力学模型。随后，学者对围岩的弹塑性分析进行了大量研究。其他国家的研究集中于基于Hoek-Brown强度准则采用弹脆塑性模型进行分析[7-10]，中国的研究则考虑岩石的非线性软化和破坏过程，但在解析计算方面为了求解方便往往设置不

7、合理的限制，如在围岩破坏过程中体应变设置为零[11-12]、弹性模量设为常数[13]等，这些方法均不符合巷道受扰变形的机制。11圆形硐室的轴对称弹塑性分析是个经典问题，有许多学者进行过研究。文献[8]对Mohr-Coulomb介质中的应变软化过程进行了研究，其中考虑了黏结力和剪胀角的下降，内摩擦角在软化变形中保持不变；文献[7]将圆形硐室围岩内形成的塑性区划分为一系列的同心圆环，采用差分法求解得到软化区与残余强度区尺寸以及相应的位移分布；文献[14-16]考虑了统一强度理论，软化段采用双折线模型，得到了硐室围岩弹塑性分析的统一解。魏建军：考虑

8、剪胀和软化的巷道围岩弹塑性分析本文根据岩土体材料在出现应力跌落以前或多或少要经过一段塑性变形的过程，考虑引入应力跌落条件阈值来判断是否出现应力跌落，构建一个弹塑脆性