以統(tǒng)一強(qiáng)度理論作為寒區(qū)隧道凍結(jié)圍巖塑性狀態(tài)的判定依據(jù),考慮中間主應(yīng)力效應(yīng)和橫觀各向同性凍脹對(duì)圍巖強(qiáng)度的綜合影響,建立了寒區(qū)隧道應(yīng)力與位移的塑性統(tǒng)一解析解,給出凍結(jié)圍巖塑性狀態(tài)的判定方法,并對(duì)所得解答進(jìn)行討論、驗(yàn)證和參數(shù)分析。研究表明:統(tǒng)一解的正確性被有關(guān)文獻(xiàn)的Mohr–Coulomb準(zhǔn)則解答和外接圓Drucker–Prager準(zhǔn)則解答所驗(yàn)證,具有廣泛的理論意義和良好的工程應(yīng)用前景;中間主應(yīng)力對(duì)凍結(jié)圍巖位移的影響顯著,應(yīng)考慮中間主應(yīng)力效應(yīng)以充分發(fā)揮寒區(qū)隧道的承載潛能;圍巖不均勻凍脹系數(shù)和體積凍脹率的增加均導(dǎo)致凍脹力增大,使得寒區(qū)隧道穩(wěn)定性降低,應(yīng)采取有效保溫措施予以緩解圍巖凍脹效應(yīng)。該結(jié)果可為寒區(qū)隧道設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)。 

【文章來源】：巖土工程學(xué)報(bào). 2020,42(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

寒區(qū)隧道的塑性力學(xué)模型

P為圍巖凍結(jié)前作用在支護(hù)上的初始徑向應(yīng)力，可通過試驗(yàn)確定或按圍巖未凍結(jié)時(shí)理論求解。將r=r1代入式（6）并結(jié)合式（16），可得寒區(qū)隧道洞壁位移u0為031uAP。(18)2.6凍結(jié)圍巖塑性狀態(tài)判定若圍巖在凍結(jié)前已滿足式（1）進(jìn)入塑性狀態(tài)，則凍結(jié)后圍巖仍將處于塑性狀態(tài)，可采用本文上述基于圖1的塑性統(tǒng)一解。反之，如果凍結(jié)前圍巖處于彈性狀態(tài)，則需判定凍結(jié)后圍巖是否進(jìn)入塑性狀態(tài)�？上燃僭O(shè)凍結(jié)后圍巖仍保持彈性狀態(tài)，此時(shí)寒區(qū)隧道的彈性力學(xué)模型如圖2所示。圖2寒區(qū)隧道的彈性力學(xué)模型Fig.2Elasticmechanicalmodelofacoldregiontunnel圖2中不存在凍結(jié)圍巖塑性區(qū)即圖1中的Ⅱ區(qū)，且支護(hù)Ⅰ區(qū)和未凍結(jié)圍巖彈性Ⅳ區(qū)的應(yīng)力與位移仍為式（3）～（6），但凍結(jié)圍巖彈性Ⅲ區(qū)的應(yīng)力和位移變?yōu)?2III21r2122211222III21θ21222112(/)11(/)(/)11(/)1(/)1(/)1(/)1(/)rrrrPPrrrrrrrrPPrrrr，。(19)222222111222III222221(1)r21(r/r)Pr1(r/r)2PruErr220v,f(1)(12)2krpk。(20)在分區(qū)交界r=r1和r=r2處的位移連續(xù)條件為11IIII=rrrruu，22IIIIV=rrrruu。(21)將式（5），（6），（20）代入式（21）可求得222222122205221212(1)(1)(12)()rPPpAErrE2v,f12kk，(22)2221512222212222225322122212(1)()=2(1)()rABBErrPABrrErr。(23)式中22222210111221

脹解答，系數(shù)k>1對(duì)應(yīng)橫觀各向同性凍脹解答。因此，本文所得寒區(qū)隧道塑性統(tǒng)一解具有很好的可比性，還包括若干未見發(fā)表的新解答，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整和選擇，具有重要的工程參考價(jià)值。3.2解答驗(yàn)證甄田田[4]推導(dǎo)了各向同性凍脹時(shí)寒區(qū)隧道應(yīng)力和位移的外接圓DP準(zhǔn)則解答，Lü等[8]建立了橫觀各向同性凍脹時(shí)寒區(qū)隧道應(yīng)力和位移的MC準(zhǔn)則解答。將本文寒區(qū)隧道應(yīng)力的塑性統(tǒng)一解（k取1，參數(shù)b取0，1）與文獻(xiàn)[4，8]的應(yīng)力解答進(jìn)行對(duì)比，如圖3，4所示。圖3b=0時(shí)與文獻(xiàn)[8]解答的對(duì)比Fig.3Comparisonbetweenresultsfromthisstudywithb=0andthoseinReference[8]由圖3可以看出，參數(shù)b=0時(shí)本文應(yīng)力統(tǒng)一解與文獻(xiàn)[8]的MC準(zhǔn)則解答完全吻合，驗(yàn)證了本文結(jié)果的正確性。另外，由圖4知參數(shù)b=1時(shí)本文凍結(jié)圍巖的塑性區(qū)半徑rp為6.15m，大于文獻(xiàn)[4]由外接圓DP準(zhǔn)則求得的5.47m，使得二者在支護(hù)和凍結(jié)圍巖塑性區(qū)的應(yīng)力分布存在一定差異。這是由于外接圓DP準(zhǔn)則假定圍巖強(qiáng)度的中間主應(yīng)力效應(yīng)與小主應(yīng)力圍壓作用一樣，高估了中間主應(yīng)力的實(shí)際強(qiáng)度提高作用，使得凍結(jié)圍巖塑性區(qū)半徑變孝支護(hù)環(huán)向應(yīng)力幾乎為零，故選用外接圓DP準(zhǔn)則時(shí)需特別謹(jǐn)慎。圖4b=1時(shí)與文獻(xiàn)[4]解答的對(duì)比Fig.4Comparisonbetweenresultsfromthisstudywithb=1and.thoseinReference[4]4參數(shù)分析中間主應(yīng)力和圍巖凍脹特性會(huì)對(duì)寒區(qū)隧道應(yīng)力分布和塑性區(qū)位移產(chǎn)生影響，探究這兩個(gè)因素的影響程度，可為寒區(qū)隧道設(shè)計(jì)提供一定理論參考。①中間主應(yīng)力效應(yīng)，不同的b值對(duì)應(yīng)不同的中間主應(yīng)力效應(yīng)和強(qiáng)度準(zhǔn)則；②圍巖不均勻凍脹，不均勻凍脹系數(shù)k

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論的煤層平動(dòng)沖擊失穩(wěn)解答[J]. 張常光,祁航,蔡明明,高本賢.  煤炭學(xué)報(bào). 2019(08)
[2]各向均勻與單向凍結(jié)條件下飽和巖石凍脹變形特性對(duì)比試驗(yàn)研究[J]. 夏才初,李強(qiáng),呂志濤,王岳嵩,黃曼.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2018(02)



本文編號(hào)：2961662