深部高地应力隧道开挖卸荷围岩能量计算方法及演化机制

作     者：郑可跃 施成华 娄义黎 贾朝军 雷明锋 杨益 ZHENG Ke-yue;SHI Cheng-hua;LOU Yi-li;JIA Chao-jun;LEI Ming-feng;YANG Yi

作者机构：高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国中铁股份有限公司北京100039 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.52478425,No.52178402) 中国中铁股份有限公司科技研究开发计划项目(2021-重点-09,2022-重点-10) 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2025年第46卷第1期

页      码：165-177页

摘      要：深部高地应力隧道开挖卸荷后围岩的变形破坏过程受能量的驱动,其本质是输入能超出围岩储能极限后耗散和释放的结果。既有的理论研究主要针对弹性卸载条件下深部圆形隧(巷)道围岩弹性应变能的计算,很少有学者对弹塑性卸载下深部圆形隧道围岩的能量计算和能量演化开展理论研究。首先根据岩石的能量演化过程,明确了弹性应变能、塑性耗散能和塑性释放能的定义;然后基于弹塑性理论和Hoek-Brown强度准则,考虑岩石的峰后应变软化特性,提出半径增量法计算围岩的卸荷应力路径;最终,建立了基于卸荷应力路径的深部圆形隧道围岩能量计算方法。基于能量守恒定律验证了计算方法的正确性,并分析了不同峰值强度下深部圆形隧道围岩的能量演化机制。研究结果表明:隧道开挖后能量从远处围岩输入,弹性阶段输入能全部转化弹性应变能,越靠近隧道洞壁弹性应变能密度越大。塑性阶段能量持续输入,弹性应变总能继续增大,但靠近洞壁的围岩达到储能极限,产生塑性区,且受应变软化行为影响,塑性区的储能极限降低,围岩的耗散能和释放能呈指数增加;峰值强度越大的深部岩体,在高地应力环境下开挖后以能量释放为主,硬岩岩爆源于能量释放机制。对于峰值强度低的深部软岩,在高地应力环境下开挖后以能量耗散为主,软岩挤压大变形源于能量耗散机制。

主 题 词：深部隧道 卸荷应力路径 能量演化 能量耗散 能量释放 

学科分类：08[工学] 080104[080104] 0815[工学-矿业类] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.16285/j.rsm.2024.0340

馆 藏 号：203156653...