›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (S2): 418-423.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于变形加固理论的隧洞与巷道开挖稳定分析

刘耀儒1,崔智雄1,张 莉2,杨 强1   

  1. 1. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;2. 邯郸职业技术学院 电子信息工程系,河北 邯郸 056001
  • 收稿日期:2011-06-08 出版日期:2011-08-10 发布日期:2011-08-26
  • 作者简介:刘耀儒,男,1974生,博士,副教授,主要从事岩石力学、水工结构和流-固耦合方面的教学和研究工作
  • 基金资助:

    国家重点基础研究规划(973)资助项目(No. 2009CB724604);优秀国家重点实验室研究项目(No. 50823005)

Analysis of stability of tunnel and roadway during excavating based on deformation reinforcement theory

LIU Yao-ru1, CUI Zhi-xiong1, ZHANG Li2, YANG Qiang1   

  1. 1. State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Department of Electronics and Information Engineering, Handan Polytechnic College, Handan, Hebei 056001, China
  • Received:2011-06-08 Online:2011-08-10 Published:2011-08-26

摘要: 地下工程的开挖稳定和加固分析是岩土工程中的难题之一。变形加固理论是研究荷载超出结构极限承载力的理论,探求的目标是结构在承受荷载超出其极限承载力时维持稳定所需的最优加固力。给定荷载下结构出现不平衡力的区域即为首先破坏的区域;给定荷载下结构总是趋于加固力最小化、自承力最大化的状态。而整体稳定性可采用余能范数进行定量评价。基于三维非线性有限元方法,详细推导了不平衡力和塑性余能范数的表达式。通过典型深部隧洞与巷道开挖及加固的算例,对比分析了加固前后围岩内不平衡力的分布以及塑性余能范数的大小。结果表明,对围岩加固可在一定程度上提高围岩的强度和承载能力。

关键词: 隧洞, 巷道, 稳定, 不平衡力, 塑性余能

Abstract: The traditional method which focuses on displacement, stress and yield zone has some difficulties in stability and reinforcement analysis during excavation in underground engineering. The deformation reinforcement theory mainly discusses the optimal reinforcement force required by the structure to keep stable when it bears load which is beyond the limits of the load bearing capacity. It notes that for the structure under the action of a given load, the area where unbalanced forces exist is the location of initial failure occurs; structure under a given load reinforcement force always tends to minimize the reinforcement force and maximize self-bearing. The whole stability can be judged by plastic complementary energy norm quantitatively. Two important concepts of deformation reinforcement theory, unbalanced force and plastic complementary energy norm, are deducted and illustrated based on 3D nonlinear finite element method. Through two typical examples of tunnel and roadway in deep rock, the distribution of unbalanced force and the plastic complementary energy norm of surrounding rock before and after the reinforcement have been analyzed. The results show that the reinforcement of the surrounding rock can improve the strength and the bearing capacity, and the deformation reinforcement theory based on nonlinear calculation is effective for analyzing stability and reinforcement of underground structures.

Key words: tunnel, roadway, stability, unbalanced force, plastic complementary energy

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