深埋隧道围岩-支护相互作用强度理论效应研究

摘要

为研究深埋隧道围岩-支护相互作用的强度理论效应，本文系统对比分析了岩土工程中6种典型的强度准则，构建了考虑岩体应变软化行为与非线性关联流动法则的轴对称平面应变力学模型，提出了“渐增支护荷载法”的求解方法，通过算例分析了中间主应力和不同强度准则对围岩-支护相互作用的影响.研究结果表明：中间主应力的考虑程度是导致不同准则计算结果存在差异的根本原因，6种准则评估的隧道稳定性从高到低依次为外接圆Drucker-Prager准则、广义Lade-Duncan准则、Mogi-Coulomb准则、广义Matsuoka-Nakai准则、Unified Strength Theory(0.5)准则、Mohr-Coulomb准则；支护时机对围岩稳定性的影响程度随准则不同存在显著差异，其中Mohr-Coulomb准则受支护时机影响最大，外接圆Drucker-Prager准则最小.实际工程中，建议选用广义Lade-Duncan准则、Mogi-Coulomb准则、广义Matsuoka-Nakai准则、Unified Strength Theory (0.5)准则等这4类准则，外接圆Drucker-Prager准则不建议选用，低中间主应力或节理发育地层可采用Mohr-Coulomb准则保守设计.研究成果可为深埋隧道围岩稳定性评估、支护结构设计及施工时机优化提供重要理论依据.

关键词

深埋隧道 / 围岩-支护相互作用 / 强度准则 / 中间主应力 / 应变软化

基金资助

国家自然科学基金项目(52374073); 河南省高等学校重点科研项目(25B560015); 安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室开放课题(KLBSUE-2022-02)