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原文传递基于Hoek-Brown准则的线性等效对比及应用研究

论文题名：	基于Hoek-Brown准则的线性等效对比及应用研究
关键词：	围岩稳定性;等效强度参数;遍布节理模型;层状岩体;数值模拟
摘要：	我国西南地区层状岩体分布广泛，此类岩体由于节理面的存在，具有复杂的各向异性特征，为我国隧道工程的建设施工带来了巨大挑战。此外，在采用数值模拟技术对围岩稳定性进行研究的过程中，由于计算模型多采用Mohr-Coulomb（M-C）破坏准则，常导致模拟值与实测值间存在较大误差。为减小此类误差，以重庆至长沙省际高速公路共和隧道段为工程背景，采用不同方法将Hoek-Brown（H-B）准则在??1?√??2破坏面上进行线性等效，推导出等效强度参数公式，进而对不同倾角层状岩体强度参数进行修正，并输入FLAC3D进行数值模拟，得到更接近于实测值的模拟结果。主要进行了如下工作：　　首先，用瞬时等效法（IE法）在??1?√??2破坏面上将Hoek-Brown（H-B）准则与Mohr-Coulomb（M-C）破坏准则进行等效，得到对应等效强度公式。计算出倾角分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的层状围岩等效强度参数，输入FLAC3D遍布节理模型中，对开挖后断面关键点位移量、偏应力及塑性区进行分析，并与传统模拟方法进行对比，发现岩体参数修正后不同倾角隧道围岩各关键点位移量基本大于修正前，可有效减小模拟值与实测值在位移量上的误差。　　其次，基于数值分析理论，采用最佳一次逼近法（BOA法）在??1?√??2破坏面上将Hoek-Brown（H-B）准则与Mohr-Coulomb（M-C）破坏准则进行等效，得到相应等效强度公式。计算出不同倾角层状围岩等效强度参数，输入FLAC3D对共和隧道围岩进行计算，并与传统模拟方法进行对比。发现采用最佳一次逼近（BOA法）修正后，不同倾角层状围岩各关键点位移量均大于修正前，达到了减小误差的目的；同时修正后所得偏应力亦大于修正前，能对围岩后续变形进行有效预测及预防。　　然后，通过对比上述两种等效方法发现，其所得等效内摩擦角公式形式相当，故定义等效斜率系数（ω）概念，反代入Mohr-Coulomb（M-C）破坏准则中推导出统一斜率公式。并设置不同斜率系数（ω），用以确定等效Mohr-Coulomb（M-C）准则斜率，进而得出不同倾角层状围岩最佳面积等效法对应等效内聚力。在此基础上选取??=4所对应的强度参数组合为最优组合，实现最佳面积等效法的实际应用；且该组合下，模拟所得围岩各关键点位移量、偏应力均大于修正前，达到了减小模拟值与实测值间误差的目的。　　最后，选取隧道某一典型断面，将瞬时等效法（IE法）、最佳一次逼近（BOA法）以及最优强度参数组合下的面积等效所得隧道断面关键点处位移量、偏应力及塑性区进行综合分析发现，三种等效方法均能对岩体参数进行修正，且计算所得断面各关键点位移量均可达到减小模拟值与实测值误差的目的。但在偏应力结果中，最优组合（ω=4）下的面积等效对围岩发生后续变形的预测能力最强，最佳一次逼近（BOA法）次之，瞬时等效法（IE法）最弱。因此，可以认为，在对共和隧道围岩稳定性分析方面，最优组合（ω=4）下的面积等效效果最佳。
作者：	刘倩
专业：	土木工程
导师：	胡其志
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖北工业大学
学位年度：	2022