剪胀对脆性硬岩破坏和变形的影响——以加拿大地下实验室Mine-by试验隧道为例

摘要

理想的弹-塑性、应变软化及理想的弹-脆-塑性模型均不能合理预测硬岩隧道在高地应力条件下发生的脆性破坏，其通常低估围岩的破坏深度，并高估围岩的破坏范围.以加拿大地下实验室Mine-by试验隧道为工程实例，在正确表达隧道开挖过程中的应力路径的前提下，采用优化的粘结强度弱化-摩擦强度强化模型(CWFS)探讨了岩体剪胀对隧道围岩脆性破坏深度和范围及岩体变形的影响.研究结果表明，使用CWFS本构模型并结合恒定的剪胀角值可以准确预测硬岩隧道的破坏形状，然而该方法忽略了围压和塑性应变对岩体膨胀变形的影响，因此不能合理解释隧道开挖诱导的岩体位移.基于建立的岩体剪胀角模型，并将其嵌入到优化的CWFS模型中，论证了考虑围压和塑性剪切应变为影响因素的剪胀角模型不仅能够合理地解释Mine-by试验隧道围岩的位移分布，而且可以准确获得隧道破坏区的深度和范围，模拟计算结果与现场观察及实测数据具有很好的一致性.