二维圆形截面浅埋硐室双层围岩塌落形态上限变分分析

考虑岩土体材料的非均质性,本文分析了圆形浅埋硐室顶部双层围岩塌落稳定性。在极限分析上限定理的基础上,构建圆形截面浅埋硐室双层围岩机动许可的速度场,根据Hoek-Brown非线性破坏准则及相关流动法则,推导了塌落极限状态下内能耗散功率以及外力做功功率计算式。根据虚功原理构造泛函,利用变分法求解泛函的极值,进而根据边界条件求得待定系数,并得到了塌落破坏曲面形状。参数分析表明,材料参数A和B以及容重γ的变化对破坏形状有显著影响,而单轴抗拉强度对破坏形状的影响较小。对比了极限分析有限元软件Optum G2的上限结果,两者破坏面吻合较好,由此可说明本文方法的有效性,可为浅埋隧道设计提供理论参考。

矩形断面二维浅埋硐室顶部双层围岩塌落面上限分析

基于极限分析上限定理和Hoek-Brown破坏准则,构建了浅埋矩形硐室双层围岩塌落破坏机制,并根据虚功原理获得了一个围岩塌落形态方程的泛函。利用变分法得到极限状态下围岩塌落破坏曲线函数,并根据边界条件得到待定系数,进而得到围岩塌落破坏曲线的解析式。当双层围岩退化为单层围岩时,与已有研究成果完全一致,可以证明本文分析模型的正确性。在此基础上,分析了各参数对浅埋隧道双层围岩塌落破坏形状的影响规律,可为浅埋硐室顶部双层围岩潜在塌落范围的预测提供理论依据。