基于损伤力学的隧道围岩开挖损伤特性研究

研究目的:隧道围岩损伤的存在直接影响围岩的力学特性和稳定性,如果控制不当,将可能造成围岩失稳、塌方事故,因此必须掌握围岩损伤特性及其演化机理,进而为围岩损伤控制提供依据。本文基于微震监测的现场实测结果,揭示不考虑构造应力条件下隧道开挖引发的围岩损伤分区特性,采用应变软化模型并引入损伤力学理论,推导隧道围岩损伤区范围的表达式,并与实测结果进行对比,进一步分析围岩损伤特性的影响因素。研究结论:(1)围岩高损伤理论预测和实测结果具有较好的一致性,且围岩越差时,两者差异越小;(2)围岩损伤区半径随着脆性系数λ/E的增大而增大,随着黏聚力c和内摩擦角φ的减小而增大;围岩高损伤区半径随着极限损伤参数D_(cr)的增大而增大,且增速越来越快;(3)极限损伤参数D_(cr)和脆性系数λ/E除了与围岩自身参数相关外,也与支护手段有关,通过有效的支护手段,可以将围岩损伤极限参数控制在较低的水平下,从而确保高损伤区范围较小;(4)本研究成果可为隧道围岩损伤预测及支护设计提供依据。