考虑非共轴性的隧道开挖引起的地表沉降数值分析

为研究与主应力旋转密切相关的土体变形非共轴性对隧道工程数值变形分析结果的影响，采用考虑土体变形非共轴性的本构模型对隧道开挖引起地表沉降的问题开展有限元分析。首先，在考虑双曲硬化法则的Drucker Prager模型中引入角点型非共轴流动法则构建非共轴模型；然后，推导该模型的半隐式应力更新算法的理论迭代格式，并编写相应的用户材料子程序UMAT，从而将该模型在ABAQUS/Standard分析模块中进行数值实现；最后，建立平面应变条件的隧道开挖有限元模型，分析考虑非共轴性的主应力旋转对隧道开挖的影响规律。分析结果表明： 1）隧道开挖会在隧道腰部发展出2条交叉的塑性带，分析模型中非共轴塑性模量越小，塑性带延伸越远； 2）随非共轴模量的减小，开挖面周围土体主应力旋转的区域和程度变大； 3）本构模型的非共轴效应越强，隧道开挖引起的最大地表沉降值越大，地表沉降曲线的沉降槽越深； 4）隧道收敛变形中，顶部和侧面向隧道内收敛变形的程度会随模型非共轴塑性模量的减小而增大。