黏彈塑性條件下隧道圍巖與支護相互作用分析

肖跟健 王少卿

上海建科工程咨詢有限公司 上海 200000

1 概述

在隧道工程中，隧道的破壞變形是評價其穩定性以及進行支護設計的依據和基礎。為分析隧道的破壞變形，國內學者蔣斌松[1]，侯公羽[2]，曾開華[3]，范文[4]，劉志欽[5]等采用理想彈塑性、彈脆性、應變軟化以及剪脹模型，并運用不同屈服準則對隧道圍巖進行了大量的研究分析，并取得豐碩的成果，為隧道現場施工設計提供了一定的理論基礎。

目前主要集中對圓形隧道進行彈塑性或黏彈塑性求解，而對隧道支護后圍巖與支護結構相互作用很少涉及研究。因此在總結前人的基礎上，基于Mohr- Coulomb準則和非關聯流動法則，同時考慮圍巖應變軟化、破裂膨脹及流變特性，對圓形隧道進行黏彈塑性求解，并以某隧道研究背景，分析支護阻力、應變軟化和破裂膨脹對隧道變形的影響。

2 隧道模型與圍巖特性

2.1 隧道計算模型

圖1為隧道計算力學模型，隧道開挖后形成破裂區、黏塑性軟化區和黏彈性區，圖中p0為原巖應力，pi為支護阻力，R0為隧道半徑，Rb為破裂區半徑，Rp為黏塑性區半徑。為簡化計算，假設隧道斷面為圓形，水平布置，軸向長度無限長，受靜水壓力作用，圍巖為連續、均質和各向同性介質。

圖1 隧道計算模型

2.2 圍巖力學性質

由于考慮圍巖峰后出現應變軟化破裂膨脹現象，在峰值處圍巖滿足Mohr-Coulomb強度準則，在黏塑性軟化區和破裂區分別滿足后繼屈服準則和殘余屈服準則，假設軟化主要來源內聚力的降低，黏塑性軟化區和破裂區內的塑性主應變可由非關聯流動法則確定，則有