基于GZZ强度准则考虑应变软化特性的深埋隧道弹塑性解

摘要：

基于三维非线性Hoek-Brown强度准则(GZZ强度准则),提出考虑应变软化特性的圆形隧道开挖后围岩非线性力学响应的求解方法.该强度准则不仅继承了传统二维Hoek-Brown准则的优点,并可以考虑中主应力σ2的影响.根据经典弹塑性理论采用数值方法得到考虑应变软化特性的围岩应力、应变、位移及塑性区范围的解答.计算结果表明,传统二维Hoek-Brown强度准则低估了围岩的变形能力.与之相比,采用考虑中主应力影响的GZZ强度准则计算得到的塑性区和软化区半径及围岩应变值更大.围岩最大环向应力σθ位于弹-塑性区边界处,从软化区向流动区过渡过程中围岩的环向应力曲线斜率发生了突变.在塑性软化区内,围岩应变值相对较小而应力值较大;在塑性流动区内,围岩的应力值相对较小,但其应变值非常大,流动区围岩的应变值可达软化区应变值的数十倍.塑性区围岩的软化可以使隧道洞壁附近的围岩应力减小,但会使其变形大大增加.当支护压力较小时,软化作用会使围岩变形增加数倍甚至数十倍.同样,在保证洞壁收敛变形不变的条件下,围岩软化后所需的支护反力会增加数倍甚至数十倍.在高地应力地区,围岩的软化使导致隧道发生大变形破坏的关键原因.在隧道支护结构设计计算时适当考虑围岩的应变软化特征,对于避免隧道发生大变形破坏十分重要.

关键词：隧道工程、深埋隧道、GZZ强度准则、应变软化、有限差分法、隧道大变形

所属期刊栏目：37

分类号：U45(隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;中交第一公路勘察设计研究院有限公司外委科技项目

在线出版日期：2018-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2468-2477