基于Drucker-Prager屈服准则及加卸载判据的圆形隧道围岩-支护作用机制探讨

隧道围岩-支护相互作用机制是隧道力学中的基础理论，为了准确描述围岩与支护结构对隧道应力变形的影响，假定围岩本构模型为理想弹塑性模型，采用适用于岩土材料的Drucker-Prager屈服准则，考虑加卸载判据，证明了圆形隧道的开挖过程是一个加载过程，支护过程是卸载过程。通过大型有限元仿真软件Abaqus计算了平面应变情况下圆形隧道开挖与支护过程的弹塑性解。数值分析结果与理论公式结果相吻合，表明开挖的过程是解除内压、增大压差的加载过程，支护过程为施加内压、减小压差的卸载过程。支护后的围岩应力增量和位移增量符合弹性规律，且支护过后的应力等于开挖后的应力减去弹性应力。支护过程的卸载效应使得开挖过程产生的塑性区变成了残余变形区。研究结果可为工程应用提供参考。