考虑应变软化和扩容的圆形巷道围岩强度准则效应

潘继良^1,2,3，高召宁⁴，任奋华^1,2,3

1. 北京科技大学土木与资源工程学院2. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室3. 北京科技大学城市与地下空间工程北京市重点实验室4. 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室

摘 要：为了研究强度准则效应对圆形巷道围岩稳定性的影响,首先对Mohr-Coulomb（MC）准则、Drucker-Prager（DP）准则、统一强度理论和Mogi-Coulomb（MO）准则等4种岩石材料常用的强度准则进行归纳总结,得到了平面应变条件下统一形式的屈服方程;然后将巷道围岩划分为破碎区、塑性软化区和弹性区,同时引入强度参数软化模量和扩容系数,考虑中间主应力效应、岩石峰后应变软化和扩容特性,推导了巷道围岩应力、位移和塑性区半径统一解,并对新解的各影响因素进行了对比分析。分析结果表明:本文所提出的新解不仅形式简洁,而且可以灵活匹配不同的岩石强度准则;不考虑中间主应力效应的强度准则相对偏于保守,考虑中间主应力效应时,MO准则和权系数<0. 5的统一强度理论计算得到的塑性区半径和位移处于中间水平,而外接圆DP准则和权系数>0. 5的统一强度理论对中间主应力效应考虑较多,选用时需谨慎;应变软化会使塑性区内围岩的性质得到进一步劣化,出现更大范围的破碎区,提高破碎区残余强度是一种有效的支护方法;巷道围岩的扩容特性不仅与剪胀角有关,而且还与塑性势函数有关,不考虑扩容将会低估围岩的真实变形。研究结果可为巷道围岩稳定性评价和支护设计提供重要理论参考依据。

关键词：圆形巷道;强度准则效应;中间主应力;应变软化;扩容;