基于断裂力学及随机有限元的隧道岩爆风险分析

2011-12-25赵延喜

长江科学院院报 2011年6期

赵延喜，李浩

赵延喜，李浩

（江苏省交通规划设计院有限公司，南京 210005）

国内外大多数的岩爆预测方法中，都是利用应力强度比进行岩爆预测，该理论未考虑工程中存在的大量不确定性。基于此，提出了岩爆发生的断裂力学模型，即认为岩爆是由平行于自由表面的裂纹扩展造成的，在外荷载作用下，这些微小张性裂纹发生断裂，逐渐扩展、相互连接，当达到一定程度后，形成一定形状的肉眼可见的宏观裂纹，最终导致岩石破坏。以岩爆的层裂板模型为基础，运用可靠度原理及随机有限元方法，建立了岩爆发生的概率风险模型。工程实例计算表明，基于断裂力学及随机有限元的岩爆分析模型，可以较好地反映工程实际，为类似工程提供参考。

岩爆；深埋隧道；断裂力学；随机有限元

在隧道开挖过程中，岩爆是常见的一种围岩破坏形式。一般认为围岩切向应力σθ达到或接近岩石单轴抗压强度σc时发生岩爆，但岩爆的工程实录表明，大多数岩爆发生时σθ小于σc。从国内外的岩爆预测方法［1－7］来看，所采用的岩爆分级指标也都是σθ远小于σc，因此需重新对岩爆机理进行分析，基于此提出了岩爆机理的断裂力学模型。由于工程中存在大量不确定性，现有岩爆预测模型并未考虑参数的随机性，由此结合可靠度及随机有限元方法，建立了岩爆预测的概率风险模型。