非静水压力下圆形隧洞围岩塑性区分析

"非静水压力下圆形隧洞围岩塑性区分析 (2015年)" 这篇论文探讨了在非静水压力作用下地下圆形隧洞围岩的塑性区范围及其对洞室稳定性和支护设计的影响。研究的核心在于理解和预测在复杂压力条件下，围岩的行为和变形模式，这对于隧道工程的安全设计至关重要。 【目的】研究的主要目的是解决当圆形洞室受到非静水初始压力（即不均匀或动态水压）导致的平面应变问题，通过对围岩塑性区的分析，为评估围岩的稳定性和设计有效的支护结构提供科学依据。 【方法】研究采用了两种理论工具：复变函数理论和滑移线场理论。前者应用于洞室围岩的弹性区，后者用于塑性区。通过这两种理论，研究人员得到了弹性区和塑性区内的应力组合表达式，并基于弹塑性边界上的应力平衡条件建立了边界方程。接着，通过有限元模拟对比了研究方法与其他方法（如卡斯特纳公式）的分析结果，同时考察了静水压力变化对塑性区范围的影响。 【结果】研究发现，弹塑性边界呈现近似椭圆形，其长轴与最大初始应力的方向垂直。这表明最大应力方向是塑性变形的主要发展方向。此外，该研究的方法与有限元分析结果更吻合，能更准确地反映出洞室周围围岩的塑性区域。在静水压力的分析中，其结果与卡斯特纳公式的预测值一致，进一步验证了研究方法的可靠性。 【结论】当非静水压力使得塑性区完全包围洞室时，该研究方法对于指导支护结构设计和评估围岩稳定性具有显著优势。这为实际工程中的设计决策提供了有力的理论支持。 【关键词】涉及的主要概念包括地下洞室工程、围岩力学、塑性区边界、非静水压力、复变函数理论和滑移线场理论。这些关键词反映了研究的深度和广度，涵盖了地质力学、岩石力学和隧道工程等多个领域。 这篇论文的发表对于自然科学领域的研究，尤其是地质工程和土木工程专业，提供了新的理论工具和分析方法，有助于提高对复杂地质条件下地下工程稳定性的理解和预测能力。