摘要：鞍山路地铁站区间段属于青岛8号线，部分地区岩石风化、破裂较为严重，是典型的剥蚀斜坡地貌，在工程的安全性评价中困难重重，所以急需我们寻找一种更加有效的围岩安全性评价指标，以便为地下工程施工、支护提供更安全、合理的方法。本文基于破坏接近度理论，利用ABAQUS模拟软件，结合强度折减法和M-C屈服准则，模拟隧道断面最大塑性剪应变随破坏接近度变量的输出，并结合实际工程问题分析破坏接近度与断面最大塑性剪应变的关系，检验其在围岩稳定性评价中应用的合理性。
关键词：破坏接近度；ABAQUS数值模拟；强度折减；M-C屈服准则；大塑性剪应变
基金项目：山东科技大学2018年研究生科技创新基金资助项目（SDKDYC180325）
引言
青岛地铁一期工程8号线鞍山路站车站主体主要位于南宁路以北至鞍山路北，起止里程：AK56+865.257～AK57+045.007；地面高程：23.80～29.80m；车站下穿大路小学，拆迁区域密布在北面，东临山东路；燃气、通信、电力、自来水等市政管线交错纵横，隧道区间段内属于剥蚀斜坡地貌，其地形复杂且承受变形范围是相当有限的，超出限度将会引起严重的事故，造成巨大损失，因此其施工运营期间隧道围岩安全稳定性尤其重要。
刘保县等[1]认为塑性应变与损伤在岩石材料变形中是几乎同时出现的，它们的演化规律是相互关联的。韦立德[2]指出塑性变形是缺陷中的破碎粒不能恢复的特性并在连续介质损伤力学框架内建立了考虑损伤相塑性体积变形的岩石自由比能函数。李鹏飞等[3]通过试验以塑性剪切应变作为塑性参数构建了岩石粘聚力、内摩擦角和剪胀角模型，合理表达花岗岩损伤应力后塑性变形过程中的强度参数的非线性变化特征。综上所述，岩石的塑性应变与岩石的损伤发展必然存在一定的联系。
3基于强度折减法极限塑性剪应变的获取
3.1参数设置
如下表3.1所示，本节根据不同的围岩等级、屈服准则设置6组模型，分别用强度折减法获得最大等效塑性应变点位移拐点处对应的安全系数，而后通过安全系数得到对应的的极限塑性剪应变值，探究破坏接近度与塑性剪应变值的关系，通过这种办法选取的极限塑性剪应变值并不是计算到不收敛，而是选则对应模型因强度折减产生的最大位移突变拐点。
3.2工程概况
结合青岛地铁一期8号线鞍山路站区间隧道地质勘查资料及工程监测资料，在该区间内选择9个断面进行位移反演分析。针对极限塑性剪切应变的提取，借助ABAQUS建立数值模型。模型中隧道半径尺寸为3m，隧道拱顶埋深27m，为避免尺寸效应，整个隧道模型取60m*60m。
3.3模拟结果
将1～9号断面按照控制泊松比相同，采用M-C屈服准则，在III级围岩状态下以破坏接近度递减的方式进行模拟，对隧道最大塑形应变点水平位移进行反演分析，并统计数据，如图1为1号断面最大塑性应变点水平位移与破坏接近度的关系，图2为1～9号断面所有数据的统计分析。
从上图可以分析出，在该破坏接近度(0.10.3)范围内，隧道断面最大塑性剪应变与破坏接近度成正相关，最大塑性剪应变会随破坏接近度的增长而增加；但是由于本区间断面所采用的破坏接近度趋于安全，整体都小于0.3，因此本数据具有不完整性，在破坏接近度(0.31)范围内仍需继续探究。
4合理性分析
隧道模型的最大等效塑性应变点水平位移与折减系数的变化情况如图3中，图（a）是M-C准则下不同围岩等级最大等效塑性应变点位移随安全系数变化，图（b）为等效M-C的D-P准则下不同围岩等级最大等效塑性应变点位移随安全系数变化，根据强度折减法理论，取曲线的拐点(既位移突变点)所对应的折减系数 为最终安全系数。
从图中可以得出，M-C准则下III、IV、V级围岩的安全次数分别为3.11、8.17、14.97，与等效D-P准则下的安全系数非常接近。调取软件后处理结果，得到最终安全系数对应的围岩极限塑性剪切应变值列表如下：
上述表中所取的围岩极限塑性剪切应变值与安全系数一致，同一屈服准则下围岩等级越高极限塑性剪切应变也越大。
研究岩石破坏的学者多集中于室内试验，使得实际材料极限塑性剪切应变很难获取，这也一直阻碍此类安全指标在实际工程中的运用，相比于杨文东[4]、姚华彦[12]直接假设取值，上述数值的获取解决了破坏接近的中FD部分的取值问题，并建立了整体稳定和局部稳定直接的关系。使得取值具有现实意义。
上图表中剪切应变值与杨文东[4]曾假定的取值0.321%非常接近，这也间接说明了这种方法的正确性。这种方法也可以根据不同的安全系数取不同的塑性剪切应变，当然均是针对岩性较差地质状况，对于岩性较好的地质工程环境，施工过程基本没有塑性区的产生，此时破坏接近度无需考虑FD部分。
参考文献
[1] 刘保县，郭子红，黄敬林. 岩石塑性应变损伤模型的建立及应用[J]. 西华大学学报(自然科学版)，2009(02): 47-50．
[2] 韦立德，杨春和，徐卫亚. 考虑体积塑性应变的岩石损伤本构模型研究[J]. 工程力学，2006(01): 139-143.
[3] 李鹏飞，赵星光，郭政. 北山花岗岩在三轴压缩条件下的强度参数演化[J]. 岩石力学与工程学报，2017(07): 1599-1610.
[4] 杨文东，张强勇，宋萌勃．基于破坏接近度和强度折减法的边坡稳定性评价[J]. 山东大学学报(工学版). 2010(06): 82-87.
[5] 郑颖人，赵尚毅，张鲁渝. 用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J]. 中国工程科学，2002(10): 57-61+78.
[6] 张传庆，周辉，冯夏庭. 基于破坏接近度的岩土工程稳定性评价[J]. 岩土力学，2007(05): 888-894.
论文作者:刘诗音,马锋凯,李旭东
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第13期
论文发表时间:2019/8/28
标签：塑性论文; 应变论文; 围岩论文; 安全系数论文; 位移论文; 断面论文; 岩石论文; 《工程管理前沿》2019年第13期论文;