›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (7): 1831-1839.doi: 10.16285/j.rsm.2015.07.002

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑围岩蠕变全过程与扩容的深埋隧洞非线性位移解

蔡燕燕1, 2,张建智1,俞 缙1, 2,陈士海1   

  1. 1. 华侨大学 岩土工程研究所,福建 厦门 361021;2. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221008
  • 收稿日期:2014-05-28 出版日期:2015-07-11 发布日期:2018-06-13
  • 通讯作者: 张建智,男,1988年生,硕士研究生,主要从事隧道力学及地下工程方面的研究。E-mail: jdd022227@126.com E-mail:yycai@hqu.edu.cn
  • 作者简介:蔡燕燕,女,1982年生,博士,副教授,硕士生导师,主要从事岩土力学与工程方面的科研及教学工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No. 51374112,No. 51308234);中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金项目 (No. SKLGDUEK1304);福建省自然科学基金项目(No. 2014J01160)。

Nonlinear displacement solutions for deep tunnels considering whole process of creep and dilatation of surrounding rock

CAI Yan-yan1, 2,ZHANG Jian-zhi1,YU Jin1, 2,CHEN Shi-hai1   

  1. 1. Institute of Geotechnical Engineering, Huaqiao University, Xiamen, Fujian 361021, China; 2. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China
  • Received:2014-05-28 Online:2015-07-11 Published:2018-06-13

摘要: 深埋隧洞围岩变形是一个复杂的非线性力学问题,其中岩石的蠕变全过程和扩容是两个重要的影响因素。引入扩容角考虑塑性体积变化的影响,推导Hoek-Brown屈服准则下考虑与不考虑洞周面力的深埋隧洞围岩非线性应力解。借助可描述蠕变全过程行为的河海模型,获得了围岩黏弹塑性区蠕变位移表达式。针对不同NVPB蠕变参数和不同材料参数m值情况,讨论分析了洞周面力与扩容角对隧洞洞壁蠕变位移的影响规律。结果表明:在高地应力作用下,采用非线性蠕变模型描述深埋隧洞围岩蠕变问题可获得蠕变全过程曲线;扩容角增大或洞周面力和材料参数m值减小时,相同时刻隧洞洞壁蠕变位移增大,对围岩长期稳定不利。研究结论对深埋隧洞围岩临崩预报具有一定指导意义。

关键词: 深埋隧洞, 围岩, 蠕变全过程, 扩容, H-B屈服准则, 非线性蠕变模型

Abstract: The deformation of surrounding rock around a deep tunnel is a complex nonlinear mechanical problem. The creep in whole process and dilatation of the rock are two significant factors. Based on the Hoek-Brown criterion, the nonlinear stress solutions are obtained with and without the condition of the surface force around the tunnel, and dilatancy angle is introduced to consider the influence of the plastic volume change. Then an expression of viscoelastoplastic creep displacement is deduced under the nonlinear stress state using Hohai model which can describe the whole process of creep. Finally, the influence of the surface force around tunnel and dilatancy angle on the creep displacement of tunnel wall is discussed with different NVPB creep parameters and different material parameters m. The results show that under high ground stress the whole creep curve can be obtained by describing the creep problem of deep tunnel surrounding rock with the nonlinear creep model. In addition, the creep displacement of tunnel wall increases with the decrease of the surface force around tunnel and the value m, or the increase of the dilatancy angle, which is unfavorable to the long-term stability of surrounding rock. The results can be used to forecast the surrounding rock collapse of deep tunnels.

Key words: deep tunnels, surrounding rock, whole process of creep, dilatation, Hoek-Brown yield criterion, nonlinear creep model

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 蒋中明, 李鹏, 赵海斌, 冯树荣, 唐栋, . 压气储能浅埋地下储气库性能试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 235-241.
[2] 翁永红, 张练, 徐唐锦, 黄书岭, 丁秀丽, . 高水头下大型导流洞新型堵头-围 岩相互作用规律与安全评价[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 242-252.
[3] 郑 帅, 姜谙男, 张峰瑞, 张勇, 申发义, 姜旭东、. 基于机器学习与可靠度算法的围岩动态分级方法 及其工程应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 308-318.
[4] 宫凤强, 伍武星, 李天斌, 司雪峰, . 深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2085-2098.
[5] 李建朋, 高岭, 母焕胜. 高应力卸荷条件下砂岩扩容特征及其剪胀角函数[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2119-2126.
[6] 崔 琦, 侯建国, 宋一乐. 抽水蓄能电站地下厂房围岩约束 及结构振动特性分析 [J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 809-817.
[7] 侯公羽, 梁金平, 荆浩勇, 胡涛, 张广东, 谭金鑫, 杨希, 张永康, . 三轴作用下的小型围岩试件在开挖卸荷过程中的声发射特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4564-4572.
[8] 蒋 雄, 徐奴文, 周 钟, 侯东奇, 李 昂, 张 敏, . 两河口水电站母线洞开挖过程围岩破坏机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 305-314.
[9] 陈 锋, 张青庆, 姚 威, 叶良良, . 含泥盐岩的扩容特性与剪胀角模型[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 195-201.
[10] 崔光耀, 祁家所, 王明胜, . 片理化玄武岩隧道围岩大变形控制现场试验研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 231-237.
[11] 程 桦, 彭世龙, 荣传新, 孙泽辉, . 千米深井L型钻孔预注浆加固硐室围岩 数值模拟及工程应用[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 274-284.
[12] 孙明社,马 涛,申志军,吴 旭,王梦恕,. 复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究[J]. , 2018, 39(S1): 437-445.
[13] 谷拴成,周 攀,黄荣宾. 锚杆–围岩承载结构支护下隧洞稳定性分析[J]. , 2018, 39(S1): 122-130.
[14] 侯公羽,李小瑞,梁洪垚,梁金平,周蒙辉,崔永科,. 高强石膏材料配比研究及其在围岩试件(厚壁圆筒) 开挖卸荷试验中的应用[J]. , 2018, 39(S1): 159-166.
[15] 刘 聪,李术才,周宗青,李利平,王 康,侯福金, 秦承帅,高成路,. 复杂地层超大断面隧道施工围岩力学特征模型试验[J]. , 2018, 39(9): 3495-3504.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 楚锡华,徐远杰. 基于形状改变比能对M-C准则与 D-P系列准则匹配关系的研究[J]. , 2009, 30(10): 2985 -2990 .
[2] 刘豆豆,陈卫忠,杨建平,谭贤君,周喜德. 脆性岩石卸围压强度特性试验研究[J]. , 2009, 30(9): 2588 -2594 .
[3] 王桂尧,李 斌,罗 军,付宏渊. 粉土基质吸力的新型量测装置与土-水特征研究[J]. , 2010, 31(11): 3678 -3682 .
[4] 卢应发,陈朱蕾,谢文良,吕志中. 垃圾卫生填埋中的一些岩土工程技术[J]. , 2009, 30(1): 91 -98 .
[5] 王志萍,胡敏云,夏玲涛. 垃圾填土压缩特性的室内试验研究[J]. , 2009, 30(6): 1681 -1686 .
[6] 贾 强,应惠清,张 鑫. 锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用[J]. , 2009, 30(7): 2053 -2057 .
[7] 路军富,王明年,贾媛媛,喻 渝,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究[J]. , 2011, 32(3): 843 -848 .
[8] 王成华,安建国. 含扩径桩的群桩基础竖向承载性状数值分析[J]. , 2011, 32(S2): 580 -585 .
[9] 方 焘 ,刘新荣 ,耿大新 ,罗 照 ,纪孝团 ,郑明新 . 大直径变径桩竖向承载特性模型试验研究(I)[J]. , 2012, 33(10): 2947 -2952 .
[10] 胡万雨 ,陈向浩 ,林 江 ,况磊强 . 瀑布沟水电站砾石土心墙初次蓄水期原位钻孔渗流试验研究[J]. , 2013, 34(5): 1259 -1263 .