基于損傷的黏聚力弱化-摩擦角強化模型對大型地下洞室群圍巖穩定性的影響

錢苗苗， 冷先倫， 王 川， 李海輪， 李 剛

(1.安徽理工大學土木建筑學院， 淮南 232001； 2.中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室， 武漢 430071； 3.中國科學院大學工程科學學院， 北京 100049； 4.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

在地下巖石工程中，開挖卸荷導致圍巖應力重分布，當重分布的應力超過自身強度極限時將不可避免地在巖石中出現裂隙，此時的圍巖強度由峰后強度所決定。圍巖的峰后強度主要表現為脆性跌落、應變軟化等多種形態，巖石的這種峰后強度特征對地下洞室群圍巖的開挖變形影響顯著[1]。

針對圍巖的峰后強度對洞室變形與穩定性的影響，諸多學者從理論、實驗和數值等多方面開展了較為細致的研究工作。在理論方面：溫森等[2]基于Hoek-Brown準則推導了彈塑性軟化下圓形隧洞的變形解析解；馮強等[3]采用基于Mohr-Coulomb準則的應變軟化彈塑性模型推導了球形洞室圍巖的變形規律；范文等[4]研究了剪脹及軟化的圓形隧洞圍巖彈塑性力學解析解；周建等[5]將巖體的峰后強度分為3個階段，推導了脆性跌落的圓形洞室黏彈塑性解。在數值試驗方面：吳成等[6]、蔣歡等[7]研究了多種軟化模型在圓形隧洞、球腔問題中圍巖破壞的模擬效果，認為黏聚力弱化與摩擦角強化[8-9](cohesion weakening and friction strengthening, CWFS)模型能較好地反映圍巖破壞特征；李英杰等[10-11]開發了基于FLAC3D的變形模量劣化的應變軟化模型，并基于該模型研究了深埋軟巖隧道的變形規律。在工程應用方面：何忠明等[12]基于應變軟化模型研究了地下采場開挖變形穩定性，得出了各開挖步驟下巖體的變形規律；……