深厚含水围岩预锚注初期支护的圆洞力学模型及其开挖安全分析

为解决深部地下工程面临的高水压支护设计和施工方面的理论难题,提出基于预锚注初期支护的高水压圆洞力学模型。首先,将岩土力学“流固耦合”原理应用于预锚注支护下开挖卸载力学模型的解析,获得应力场、位移场、渗流场的解析求解表达式,并通过有限元数值解对解析解的正确性进行验证;其次,图形化展示径筋支护参数对初期支护区围岩的应力场的影响规律;最后,基于最大有效剪应力求解和Hoek-Brown岩体破坏准则,诠释采用预锚注支护来确保洞体安全开挖的原理,揭示径筋参数、洞口直径对开挖卸载安全的影响规律。结果表明:1)解析解与数值解的规律基本一致;2)预锚注初期支护可从2方面提高开挖后围岩的安全性,一是通过增大围岩径向应力以降低洞边固体有效剪应力,二是通过提高岩体完整性使得围岩屈服面外扩增大;3)径筋参数对承载安全的影响程度由大至小依次为径筋直径、径筋数量、径筋长度;4)径筋锚注支护作用获得的安全系数随着洞径的增大而逐渐降低。