主应力方向对围岩稳定性的影响

采用模型试验和数值模拟方法研究了在不同方向的主应力作用下,直墙拱形隧道的围岩损伤破坏规律,考虑了隧道内含有裂纹和不含裂纹两种情况,利用水泥砂浆制作了直墙拱形隧道模型,并利用有机玻璃光弹试验对无裂纹隧道的试验结果加以验证;数值模拟采用混凝土损伤塑性模型,计算出隧道周边各点的应力,而对于含有裂纹的隧道计算了裂纹尖端的无量纲应力强度因子Y_Ⅰ和Y_Ⅱ,与模型试验结果吻合较好。结果表明：对于无裂纹的隧道,当主应力方向与隧道垂直边墙的夹角=45°左右时,隧道的抗压强度最低;对于带裂纹的隧道,当裂纹与垂直边墙的夹角=130°时,裂纹尖端无量纲应力强度因子Y_Ⅱ最大,其隧道强度最低;对于含有裂纹且=130°的直墙拱形隧道,当主应力方向与隧道垂直边墙的夹角较小时或在70°左右时,隧道的抗压强度最低。     

不同夹角Y型裂纹混凝土试样破坏特征的研究

本文对含非对称Y型分支裂纹混凝土试样在三向压缩载荷下的破坏特征进行了研究,利用ABAQUS软件进行了数值计算,并与试验结果进行了对比分析。试验和数值计算结果均表明: 随着分支裂纹与主裂纹之间夹角由小到大的变化,分支裂纹尖端的应力强度因子KI从负值变化到正值,而两个水平主裂纹尖端的应力强度因子KI的绝对值都在增加。但对KII而言,分支裂纹的应力强度因子KII先减小后增加,并在30°～45°之间出现极值。通过KImax随角度变化的曲线可知,当倾角为75°时试件的抗压强度最低,当倾角为90°时的强度次之,与试验基本吻合。     

高宽比对隧道围岩稳定性的影响

为了研究隧道截面形式对隧道围岩的影响,本文采用模型实验和数值模拟方法结合研究了高宽比K变化时马蹄形隧道的围岩稳定性以及损伤破坏规律,考虑了隧道周边无宏观裂纹和含有单一裂纹两种情况;数值模拟采用ABAQUS混凝土塑性损伤模型,计算出隧道周边的应力,对含有裂纹的情况还利用J积分计算出裂纹尖端的应力强度因子,利用ABAQUS中XFEM（extended finite element method）扩展有限元技术模拟高宽比为0.9时裂纹的发展路径和应力分布,与模型实验吻合较好。结果表明,隧道围岩的稳定性和损伤破坏情况随隧道高宽比K的变化而变化,对无裂纹模型,模型试件抗压强度在K=1.5时最大,当K=1.0时最小;对有裂纹隧道模型,模型试件抗压强度在K=1.7时最大,当K=0.7时最小。