软弱夹层对地下洞室稳定性影响的数值试验研究

大量的工程实践表明，软弱夹层对地下洞室围岩稳定性的影响有着决定性的作用，本文以大型数值仿真分析系统FINAL为平台，采用弹塑性应力～应变关系和M-C屈服准则建立平面应变问题有限元模型，对软弱夹层的分布部位、分布距离、软弱夹层的厚度对围岩稳定性的影响以及在具有不同侧压力系数的地应力场中和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类代表性围岩中软弱夹层对围岩稳定性的影响进行了系统的数值试验，研究得出了软弱夹层对围岩位移、拉应力区、塑性区以及喷射混凝土层内力等影响丰富的量化成果，以便直接为工程设计人员提供参考。主要结论如下： (1)以软弱夹层到开挖轮廓线最短距离和最短距离线与开挖轮廓线的交点位置为指标对软弱夹层的分布部进行了分类，并确定了软弱夹层分布距离；(2)根据强度等效和变形等效的原则，引入了软弱夹层影响带的概念，建立了模拟软弱夹层厚度的一种新方法；(3)总结出了软弱夹层分布在拱顶、右拱肩、右边墙时对地下洞室稳定性影响的量化指标；(4)分析出了软弱夹层距开挖轮廓线0.2D、0.5D、1.0D三种情况对地下洞室稳定性影响的量化指标；(5)总结出了在不同的侧压力系数(0.38、1.0、1.5、2.0、3.0)地应力场中软弱夹层对稳定性影响的量化指标；(6)得出了在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表性围岩中软弱夹层对稳定性影响量化结果；(7)根据数值试验成果提出了在有软弱夹层围岩中地下洞室设计原则的几点新内容。