TBM掘进围岩挤压大变形机理与本构模型

黄兴¹，潘玉丛¹，刘建平¹，刘泉声^2,3

1. 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2. 武汉大学土木建筑工程学院3. 武汉大学岩土与结构工程安全湖北省重点实验室

摘 要：通过对反映了TBM卸荷特征的砂质泥岩三轴卸围压试验结果分析,揭示了深部软弱地层TBM掘进围岩挤压大变形机理:挤压大变形主要由TBM开挖卸荷瞬时产生的峰前卸荷损伤扩容和峰后破裂碎胀造成的体积扩容组成,峰前岩石内部原生裂隙扩展和新裂隙萌生、扩展导致扩容变形,以及峰后裂隙汇聚贯通成宏观破裂面和多级次生破裂形成,破裂后块体间发生错动或翻转等相对运动引起峰后碎胀大变形,其中峰后的碎胀变形是构成大变形最主要的部分。获取了各特征应力(损伤扩容应力σ1cd、极限承载强度σ1m和线性应变软化应力σ1l)与围压σ3的相关关系,建立了各变形破坏阶段的临界准则;建立了卸荷损伤扩容阶段的损伤演化方程;基于三轴卸围压试验成果建立了弹性—卸荷屈服损伤扩容—峰后脆性跌落—线性应变软化—残余理想塑性5阶段挤压大变形本构关系。对挤压大变形本构模型在FLAC3D进行了数值实现,并验证了模型的合理性和数值实现程序的正确性。

关键词：TBM;挤压大变形;损伤扩容;破裂碎胀;本构模型;