考虑非线性脆性损伤和中间主应力影响的圆形巷道围岩分析

张小波^1,2，赵光明^1,2，孟祥瑞^1,3，潘锐¹，马文伟¹，董春亮¹

1. 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2. 安徽理工大学能源与安全学院3. 中国煤炭学会岩石力学与支护专业委员会

摘 要：针对岩石的脆性破坏特征及峰后力学性能的劣化损伤,引入非线性脆性损伤本构模型,得到三维连续损伤演化方程。将圆形巷道围岩划分为松动破裂区、脆性损伤区、弹性区,考虑中间主应力的作用,采用统一强度准则和连续损伤力学方法,对巷道围岩力学状态进行极限平衡分析,推导出围岩损伤破裂半径及应力场分布的解析表达式。通过算例,分析了中间主应力、围岩脆性特征和损伤程度对理论解的影响。分析表明:中间主应力作用越大,围岩的损伤破裂半径越小,切向应力峰值距离巷道越近;脆性强弱对围岩应力分布的影响只局限在脆性损伤区内,围岩的脆性越强,损伤破裂半径越大,脆性损伤区内的切向应力随深度的增大而增大;围岩的残余强度越小,松动破裂程度越大,损伤破裂半径越大,切向应力峰值向围岩深部转移。

关键词：脆性损伤;中间主应力;巷道围岩应力;残余强度;损伤破裂半径;