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。