非线性硬化与软化的巷道围岩应力分布与工况研究

采用摄动法得到接近岩体实际的弹性、应变非线性硬化和软化3段光滑连接的本构模型,求得静水压力下圆形巷(隧)道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布规律。给出围岩平衡方程、地应力–硐室位移关系和围岩特征方程。分析中可自然导出围岩自承地应力上限概念。根据围岩平衡方程写出围岩弹性区、硬化区和软化区分担地应力的表达式。计算表明,围岩硬化区承载力ph大于弹性区承载力pe,软化区也有相当的承载能力。特别是所求得的切向应力σθ/p0-r/a曲线光滑连接,没有尖峰向上的应力集中,此结果与其他学者在巷(隧)道模拟试验中测得的σθ-r曲线形状一致,从理论上证明基于理想弹塑性本构模型的Kastener解在围岩软化区半径处的σθ-r曲线有尖峰向上的应力集中与实际不符。