损伤弹性模量与扩容效应下的圆形巷道围岩稳定性解析

本文主要探讨了圆形巷道围岩在考虑非线性峰后损伤情况下的稳定性分析。研究者针对巷道围岩的弹塑性行为，特别强调了损伤后弹性模量变化的重要性，因为它与实际岩石损伤过程中的力学响应密切相关。作者利用统一强度准则，对围岩的极限平衡状态进行了深入分析，提出了损伤区半径和应力分布的解析表达式。 首先，研究假设巷道为均质且各向同性的结构，巷道截面圆形，埋深足够且长度充足，以简化为平面应变条件下的轴对称厚壁圆筒问题。当围岩承受的压力超过其峰值强度σc时，损伤区域开始显现，此时，弹性模量不再是常数，而是受到距离硐室中心位置的影响。作者引入了损伤本构模型来描述这种变化，考虑了弹性模量的非线性特性以及中间主应力和扩容效应。 损伤区半径Rd是核心参数，它与扩容系数有关，扩容系数增大时，损伤区半径也随之增大。研究发现，随着损伤区弹性模量的增大，损伤区半径增加，这意味着岩石的恢复能力减弱，损伤范围扩大。同时，切向应力峰值呈现出反向趋势，即弹性模量增大时，应力峰值减小，且远离巷道壁面。 中间主应力系数的大小对损伤区半径和应力分布也有显著影响。系数越大，损伤区半径减小，应力集中程度提高，导致切向应力峰值增大，且这个峰值更接近巷道壁面。这说明中间主应力对巷道稳定性具有关键作用，特别是在损伤区附近。 通过对损伤区弹性模量、中间主应力和扩容这三个关键因素的分析，本文旨在提供一种定量的方法来预测和评估圆形巷道围岩在非线性损伤条件下的稳定性，这对于矿山工程的设计与安全控制具有重要的实践意义。此外，该研究成果有助于改进岩体损伤本构模型，使之更贴近实际地质条件，从而提高巷道稳定性分析的准确性。