基于損傷理論的圓形水工壓力隧洞圍巖應力場分析.pdf

1、隨著人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，人類社會對水的需求量迅速增長，加之人類活動造成的水污染，使得世界上許多國家和地區(qū)出現(xiàn)了水資源危機，因此國內(nèi)外修建了許多水工隧洞緩解這一情況。隧洞掘進破壞了原巖地應力場，使圍巖應力重新分布，應力集中區(qū)的高應力造成隧洞變形破壞。因此必須合理準確的計算隧洞圍巖應力場和位移場，為隧洞變形破壞計算及穩(wěn)定性分析提供理論依據(jù)。巖體內(nèi)部存在微裂紋，其發(fā)生、擴展、并合，決定了巖石材料的宏觀力學性能，因此隧洞圍巖應力場和位移場的

2、計算應該考慮巖石材料的損傷特性。地下水是巖體賦存的重要環(huán)境因素之一，巖體地下隧洞周圍的應力場和位移場無時不受滲流場的影響，尤其是深埋高水頭富水環(huán)境或承受高水頭內(nèi)水壓力的隧洞，滲流場對其周圍應力場和位移場的影響將達到不可忽視的程度。 為了探清地下水滲流和巖石材料的損傷特性對圓形水工壓力隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響，本文針對圓形水工壓力隧洞，將隧洞圍巖視為多孔介質(zhì)，采用流-固耦合理論，考慮在施工工況下地下水滲流作用的影響，假設巖石材料為均質(zhì)

3、的和各向同性的，應用彈塑性損傷力學理論，采用統(tǒng)一強度理論，根據(jù)不同的地應力情況，推導了施工工況下隧洞圍巖發(fā)生全彈性變形或出現(xiàn)損傷區(qū)或出現(xiàn)完全損傷區(qū)時的隧洞圍巖應力場和位移場的統(tǒng)一解。并且通過算例分析了圍巖在不同地應力情況下，內(nèi)摩擦角ψ和粘聚力c對圍巖應力場和位移場的影響。 ψ和c對圍巖損傷區(qū)和完全損傷區(qū)半徑、應力、位移的影響規(guī)律相同。ψ對圍巖出現(xiàn)損傷區(qū)時損傷半徑范圍有著比較顯著的影響，隨著ψ的增大，圍巖損傷半徑在逐漸減小。對圍巖

4、出現(xiàn)完全損傷區(qū)時損傷和完全損傷區(qū)半徑范圍也有著顯著的影響，隨著ψ的增大，圍巖損傷和完全損傷區(qū)半徑都在逐漸減小。但是二者相比，對后者影響較大。c對圍巖出現(xiàn)損傷區(qū)時損傷半徑范圍的影響不太顯著，隨著c的增大，圍巖損傷半徑在逐漸減小。對圍巖出現(xiàn)完全損傷區(qū)時損傷和完全損傷區(qū)半徑范圍的影響也不太顯著，隨著c的增大，圍巖損傷和完全損傷區(qū)半徑都在逐漸減小。但是二者相比，對前者影響較大，但總的來看都不明顯。本文推得的統(tǒng)一解中，令b=0，若分別不考慮滲透水