CN117494492B 一种基于弹性模量跌减性质的围岩变形规律分析方法 （中国科学院武汉岩土力学研究所）

一种基于弹性模量跌减性质的围岩变形规了一种基于弹性模量跌减性质的围岩变形规律限差分法对所述应变软化围岩开挖模型进行分对所述应力应变场数据和所述位移场数据进行方案能够可有效反映弹性模量在围压与塑性应2获取岩样弹性模量峰后跌减的影响因素数据，基于所述影响因素构建应变软化围岩开挖模型，基于所述岩石弹性模量获取圆形洞室开挖力学特征数据，基于所述圆形洞室开挖力学模型，基于所述圆形洞室开挖模型并结合Hoek_Brown屈服准则构建应变软化围岩开挖模3r分别对应一定围压σ3下弹塑性界面处的峰值强度参数sp、ap以及塑性残余区域的残余强度参数b所述应力应变场数据包括弹塑性界面处径向应力数据、塑性区域应力数获取所述塑性区域应力数据和塑性区域应变分4弹塑性区域交界处的塑性软化系数η(0)为0，通过叠加前i环的塑性软化系数增量得到在塑性残余区域内5式中，Rp表示塑性软化区域的半径，Rf表示塑性残余区域的半径，σ,r(k)＝(σr(k)+σci表示岩石单轴抗压强度。6的围岩半径，在塑性软化区域内，B(i-1)=7受力条件下圆形洞室的弹塑性解析解；Lee和Wang按照相等径向应力增量的原则将围岩塑8性模量非线性跌减模型的构建；并结合Hoek_Brown屈服准则构建应变软分别对应一定围压σ3下弹塑性界面处的峰值强度参数sp、ap以及塑性残余区域的残余b9分别为第i环外边界的径向应变分量和切向应变分量，εr(i-1)、εθ(i-1)分别为第i环内边界的径向应变分量和切向应变分量，为第i环处的弹性[0040]弹塑性区域交界处的塑性软化系数η(0)为0，通过叠加前i环的塑性软化系数增量分别为第i环外边界的径向应变分量和切向应变分量，εr(i-1)、εθ(i-1)分别为第i环内边界的径向应变分量和切向应变分量，为第i环处的弹性[0067]本发明提供一种基于弹性模量跌减性质的围岩变形规律分析方法在隧道设计中[0070]图2为本发明实施例中的峰后阶段两种岩石在不同围压条件下弹性模量随轴向塑整岩芯BlancoMera花岗岩弹性模量随轴向塑性应变变化的散点分布示意图，图2(b)为本发明实施例中的峰后阶段不同围压下146mmMoura煤岩弹性模量随轴向塑性应变变化的散[0071]图3为本发明实施例中的单独拟合两种岩石在不同围压下弹性模量随轴向塑性应性模量随轴向塑性应变变化曲线，图3(b)为本发明实施例中的不同围压下146mmMoura煤[0072]图4为本发明实施例中的两种岩石在不同围压下基于弹性模量非线性跌减模型的线性跌减模型的BlancoMera花岗岩整体拟合和单独拟合曲线，图4(b)为本发明实施例中的不同围压下基于弹性模量非线性跌减模型的直径146mmMoura煤岩整体拟合和单独拟合[0080]图12为本发明实施例中的不同临界软化系数下围岩弹性模量随轴向塑性应变变中部分岩样数据(完整岩芯BlancoMera花岗岩岩样、直径146mmMoura煤岩岩样)进行处[0088]不考虑围压的影响，分析同一围压条件下岩样的弹性模量E随轴向塑性应变的3间的关系，进而得到弹性模量同时受围压和轴向塑性应变影响的整体拟合of(2c)式(1)对BlancoMera花岗岩和直径146mmMoura煤岩完整岩石的单独拟合结果如图3所示。[0098]图4给出了两种岩石在不同围压下基于弹性模量非线性跌减模型的整体拟合以及ηip分别为80、根据上述计算方法拟合得到两种围岩的峰值与残余力学参数见表5与表分别表示弹塑性区域交界处的切向应力和径向应力；σθ(n)和σr(n)分别表示洞壁处围岩[0145]塑性区域的应变分量初始值即为弹塑性区域交界处应变分量εr(0)、εθ(0)可由式[0156]弹塑性区域交界处的塑性软化系数η(0)为0，根据式(21)叠加前i环的塑性软化系[0165]式中:r(i-1)和r(i)分别为第i环内外边界εr(i)pppp区内任意半径处围岩变形均可算出，这之后，弹性区域的应力分量及围岩变形也可由式p[0189]从图11中可以看出，不同η*下围岩弹性模量沿围岩径深方向的分布规律大致相在塑性软化区域与残余区域交界处发生明显转折。图13所示为不同η*下围压σ3与轴向3与弹性模量随轴向塑性应变的变化规律表现出高度相似性，表明在围岩弹性模量的差异是由σ3改变所致。对比BlancoMera花岗岩和花岗岩在同一轴向塑性应变处由σ3变化引起弹性模量大小的任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，