隧道围岩-衬砌接触面剪切特性模拟研究

• Published in: 铁道标准设计 Vol. 68; no. 10; pp. 135 - 142
• Main Authors: 赵旭, 宗淼, 黄景琦, 杜修力, 赵密, 崔臻, 张茂础
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院大学,北京 100049%长江设计集团有限公司,武汉 430010 01.10.2024; 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124%北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083%中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071
• Subjects: 衬砌; particle flow code; 剪切特性; 颗粒流程序; 隧道围岩; 接触面; lining; shear characteristic; tunnel surrounding rock; 数值模拟; contact surface; numerical simulation
• ISSN: 1004-2954
• DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202212190007

U451+.2; 探究隧道围岩-衬砌接触面在不同法向应力及不同粗糙度条件下的剪切特性规律,对进一步研究隧道围岩与衬砌间的相互作用及岩体稳定性具有重要的理论和工程意义.为考虑粗糙度条件,利用分形理论,通过改变分形公式中的分形维数D及分形粗糙度G生成5种不同接触面,基于二维颗粒流程序(PFC2D),建立接触面数值剪切模型,尺寸为150 mm×150mm.开展同一接触面在不同法向应力下,数值模拟剪切试验及不同接触面在同一法向应力下的数值模拟试验;将数值剪切试验与室内剪切试验获得的剪切应力-剪切位移曲线进行对比,验证数值剪切模拟的可靠性.研究结果表明:(1)数值模型剪切破坏产生的裂隙主要集中于中间接触面处,破坏后的应力主要集中于接触面粗糙度最大处,破坏裂纹可分为剪切裂纹和张拉裂纹,其中张拉裂纹占主要优势;(2)剪切应力-剪切位移过程曲线存在爬坡、啃断、滑移三大阶段,具有明显的峰值强度和残余强度,法向位移随着剪切位移的增加而增大,产生剪胀效应;(3)随着法向应力增加,剪切和张拉裂纹数量增加,破坏现象越明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应减小;(4)随着粗糙起伏度增大,即分形维数D的增大或者分形粗糙度G的减小,破坏裂纹数量增加,其中张拉裂纹增加较明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应增大.