深部隧道围岩分区破裂的内变量梯度塑性模型

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1、第31卷增1岩石力学与工程学报Vol.31Supp.12012年5月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMay，2012深部隧道围岩分区破裂的内变量梯度塑性模型1223戚承志，钱七虎，王明洋，陈剑杰(1.北京建筑工程学院北京市工程结构与新材料工程研究中心，北京100044；2.解放军理工大学工程兵工程学院，江苏南京210007；3.西北核技术研究所，陕西西安710024)摘要：在变形进入到塑性阶段之后，隧道岩体中会产生显著的能量耗散和自我组织现象，岩体粒子之间的长程相互作用明

2、显。为此需要在岩体模型中加入内变量梯度项。作为额外的内变量，引入有效塑性应变梯度这一新变量。利用虚功原理得到岩体的平衡方程、边界条件。利用Clausius-Duhem不等式获得岩体内变量演化方程。对于圆形深部隧道，由上述理论得到有效塑性应变的支配方程和边界条件，并利用岩体理想脆性模型求得支配方程的解。该解能够描述深部隧道围岩的分区破裂现象。关键词：岩石力学；深部隧道；分区破裂；内变量；梯度塑性理论中图分类号：TU45文献标识符：A文章编号：1000–6915(2012)增1–2722–07INTERNALVARIABLEGR

3、ADIENTPLASTICITYMODELFORZONALDISINTEGRATIONOFSURROUNDINGROCKSINDEEPTUNNELS1223QIChengzhi，QIANQihu，WANGMingyang，CHENJianjie(1.BeijingResearchCenterofEngineeringStructuresandNewMaterials，BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture，Beijing100044，China；2.Enginee

4、ringInstituteofEngineeringCops，PLAUniversityofScienceandTechnology，Nanjing，Jiangsu210007，China；3.NorthwestInstituteofNuclearTechnology，Xian，Shaanxi710024，China)Abstract：Inplasticdeformationregime，energydissipationandself-organizationphenomenontakeplaceinrockmasses

5、surroundingtunnels，andthelong-rangeinteractionbetweenrockparticlesbecomessignificant.Therefore，thetermofinternalvariablegradientshouldbeaddedtotheconstitutivemodelofrockmasses.Gradientofeffectiveplasticstrainisintroducedasanadditionalinternalvariable.Equilibriumequ

6、ationsandboundaryconditionsarederivedbyusingthevirtualworkprinciple.EvolutionaryequationsforinternalvariablesofrockmassesareobtainedbyusingtheClausius-Duheminequality.Forcirculardeeptunnels，thegoverningequationforeffectiveplasticstrainisobtainedfromtheabovemodel.So

7、lutiontothegoverningequationforidealbrittlemodelofrockmassesisachieved.Thesolutionmaydescribezonaldisintegrationphenomenonverywell.Keywords：rockmechanics；deeptunnels；zonaldisintegration；internalvariable；gradientplasticitythecry[2-4]理论与数值方面的研究，如E.I.Shemyakin等1引言认为，破

8、裂区的形成是由于支撑压力区在较大的环向压应力作用下，沿着环向压应力方向形成劈裂裂[5]自俄罗斯学者发现深部隧道围岩的分区破裂现纹所致；V.N.Оdintsev从岩体的极限后变形以及[1]象以来，国外许多学者对于这一现象进行了试验、弹性岩体与应力极限后岩体组成的系统的稳定性角收稿日期：201