考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算.pdf

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1、第14卷第21期2014年7月科学技术与工程Vo1．14No．21Ju1．20141671—1815f2014)21—0146—06ScienceTechnologyandEnbneefing@2014Sci．Tech．Engrg．建筑技术考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算韩旭吴立李波宋万鹏(岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，中国地质大学(武汉)工程学院，武汉430074)摘要根据软岩具有蠕变时效的特点，考虑岩体应力一应变全过程曲线，基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型，推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——

2、明山隧道为工程依托，通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验，获取围岩物理力学参数，代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明：该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中；当围岩出现塑性流动变形时，围岩仍具有与衬砌共同承载的能力，这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。关键词特大断面隧道围岩抗力系数软岩蠕变效应初始地应力中图法分类号TU457；文献标志码A围岩抗力系数是分析计算隧道衬砌承载能变效应会对围岩的应力-应变产生影响，在衬砌压力力的一个重要参数，它表征围岩与衬砌共同承受荷作用下，其蠕变时效对围岩的抗力系数也会产

3、生较载时，围岩分承荷载的能力。对于围岩抗力系数的大的影响。此外，深埋隧道地应力复杂，是产生围岩研究，前苏联科学院院士加廖尔金_】(B．F．塑性区的重要原因，因此蠕变效应和初始地应力的Fa~pKHH)于1929年提出了水工有压隧洞的围岩抗对围岩抗力系数的影响，有必要展开深入研究。力系数计算公式。我国著名力学专家钱令希进为此，通过岩体应力．应变全过程曲线，基于鲍一步考虑隧洞的节理裂隙和爆破开挖产生的爆破裂格斯(Burgers)蠕变力学模型，推导出了考虑蠕变效缝区，提出了基于弹性理论的抗力系数计算公式。应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式，该公式蔡晓鸿根据各种岩石屈服条件，在不同计

4、算模型能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支的基础上利用有限环方法得出有压隧道围岩抗力系护设计计算中，计算结果表明围岩出现塑性流动变数计算公式。此外，涂忠仁基于统一强度理论、形时，仍具有与衬砌共同承载的能力。朱建明基于SMP屈服准则、张贺考虑渗流作用，也导出了各自的岩石抗力系数公式。但是，这些1基本方程公式均未考虑围岩的蠕变效应，也未考虑围岩的原1．1计算模型始地应力。围岩抗力系数基于Winkler局部变形理论假定软岩隧道具有强度低、孔隙度大、胶结程度差等进行计算，但该理论需建立在受均布内压力有限环特点，受构造面切割及风化影响显著，含有大量膨胀模型的基础上，才能克服理论

5、计算误差。因此，在考性黏土矿物的松、散、软、弱岩层，在荷载作用下能产虑蠕变效应的计算模型采用有限环模型时，包含裂生显著的塑性变形。根据单轴饱和抗压强度对缝区、塑性区、黏弹性区，计算模型如图1所示。其围岩软硬判别标准，软岩的尺值在3—30MPa之中：P。为衬砌作用在围岩上时围岩产生的抗力；r为间。本文所研究隧道围岩为砂质板岩及炭质板岩，隧道衬砌半径；r为裂缝区内半径，裂缝区内只能传其实测R值为4．3—8．1MPa，属于软岩隧道，其蠕递径向应力，切向抗拉强度为零；r为塑性区内半径；为考虑蠕变效应的黏弹性区内半径；计算模型2o14年3月8日收到湖北省自然科学基金计划重点项目(201

6、3CFA110)、中国地质大学的黏弹性区外半径延伸至无穷远处(=∞)，为简(武汉)教学实验室开放基金项目(SKJ2013107)资助化推导，考虑两向等压的原始地应力q作用于黏弹第一作者简介：韩旭(1986一)，男，硕士研究生。研究方向：地质性区。用鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型来模拟黏工程和地下建筑工程。E-mail：hanxu50@163．corn。弹性区的变形。21期韩旭，等：考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算147图3岩体典型蠕变曲线Fig．3TypicalcreepcHIvesofrockmass入屈服。对于正八面体，当正八面体剪应力一r达到图1考虑

7、蠕变效应计算模型k时，岩体开始屈服，由此可得Fig．1Calculationofcreepmechanicalmodel1．2变形曲线岩体的应力一应变全过程曲线如图2所示，曲线式(1)中：丁为八面体的剪应力。可以分为弹性阶段I(孔隙裂隙压密至弹性变形阶r8=÷[(or一or日)+(or口一or)+段OB)、塑性强化阶段Ⅱ(微破裂稳定发展阶段BC)、塑性软化阶段m(累进性非稳定破裂阶段CD，(一)](2)体积压缩转换为扩容)、塑性流动及破坏阶段Ⅳ(裂式(2)中：，为隧洞径向应力，为隧洞切向应力，隙快速发展