考虑σ2及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型

金属矿山 ›› 2021, Vol. 50 ›› Issue (06): 98-107.

考虑σ₂及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型

刘红岩

1. 中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083；2. 自然资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京 100083

出版日期:2021-06-15 发布日期:2021-06-23
基金资助:
国家重点研发计划项目（编号：2019YFC1509701）。

Online:2021-06-15 Published:2021-06-23

摘要/Abstract

摘要： 目前的隧道力学模型未能同时考虑中间主应力σ₂及围岩—支护结构相互作用对围岩塑性区等隧道力学特性的影响。为此，首先采用岩石统一强度理论替代目前常用的Mohr-Coulomb（M-C）强度准则以考虑σ₂对隧道围岩塑性区的影响。其次，针对Kastner方法未能很好地考虑支护前隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的不足，在其基础上，结合圆形隧道实际施工特点，提出了能够同时考虑σ₂、隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的圆形隧道力学模型。最后，通过算例研究了σ₂、隧道围岩初始弹性位移、原始地应力、支护结构刚度和岩石内摩擦角等对围岩塑性区、隧道洞壁位移和支护力的影响规律。研究结果表明：σ₂的影响不可忽略；一定的隧道围岩初始弹性位移可以减少支护应力，但会导致围岩塑性区和隧道洞壁位移的增加；支护结构刚度的增加可以有效减小围岩塑性区及隧道洞壁位移，但会增加支护结构应力；初始地应力的增加将增大围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力；随着岩石内摩擦角的增加，围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力均减小。最后，通过工程实例对模型的合理性进行了验证。

关键词: 圆形隧道, , , 统一强度理论, , , 围岩—支护结构相互作用, , , 隧道围岩初始弹性位移支护结构刚度

刘红岩. 考虑σ₂及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型[J]. 金属矿山, 2021, 50(06): 98-107.

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