圆形巷道围岩渗流与剪胀下的广义SMP准则解析

本文主要探讨了在圆形巷道围岩稳定性分析中，如何结合渗流效应和围岩的剪胀特性，应用广义SMP准则进行理想弹塑性模型的建立。SMP（Strength-Main Stress-Path）准则是一种综合考虑了主应力、强度和路径依赖性的岩体破坏准则，它在复杂地质条件下能更准确地描述岩体的力学行为。 在文中，作者首先基于广义SMP准则，将巷道围岩的稳定性分析扩展到包括了中间主应力的影响，这是因为在实际工程中，围岩的应力状态往往并非均匀分布，中间主应力的存在对岩体的响应至关重要。此外，孔隙水压力作为地下水力作用的一个关键参数，其变化会显著影响围岩的应力状态和变形行为。通过考虑孔隙水压力，作者推导出了在渗流作用下围岩应力场、位移场以及塑性区半径的精确解析解，这些结果对于理解和预测巷道开挖过程中的围岩动态响应具有重要意义。 与传统的Mohr-Coulomb (M-C) 准则进行对比，文中发现SMP准则计算出的塑性区半径明显小于M-C准则，这表明M-C准则在处理此类问题时可能过于保守，未能充分反映岩体的真实行为。进一步的分析还揭示了孔隙水压力对围岩力学响应的显著影响，它不仅增大了洞壁附近的围岩位移，而且直接影响了塑性区半径以及弹塑性交界面处的峰值切向应力，两者之间呈正比关系。这意味着在设计和施工过程中，必须充分考虑这些因素以确保巷道的安全稳定。 最后，文中强调了关联流动法则在估算围岩强度时可能低估其性能，同时指出忽视围岩剪胀效应会导致实际变形估计不足。这对于深入理解巷道开挖对周围岩体的潜在影响，优化工程设计和实施策略具有重要的指导意义。 本文的研究成果不仅深化了我们对圆形巷道围岩在渗流和剪胀作用下力学行为的理解，也为实际的地下工程设计提供了更为精确的力学模型和分析方法。通过与经典准则的对比，研究人员可以更好地评估巷道开挖的风险，提高地下空间开发的经济效益和安全性。