工程科学学报，第44卷，第X期 构建侧压系数1=1.5的地应力条件下不同轴比硐 比：且硐室断面面积均为20m2.各轴比条件下损 室，分别设定Z=1/3、1/2、2/3、1时的拉应力轴比， 伤破裂区及弹性模量演化如图4和图5所示，酮室 Z=1.5时的等应力轴比及Z=2、3时的压应力轴 顶部和中线两帮应力分布如图6所示 Damage (a) (b) 68 0.2 86 - 图4雨室断面轴比对围岩损伤破裂影响.(a)Z=12:(b)Z=2/3:(c)Z=1:(d)Z=32:(e)Z=2 Fig.4 Effect of the chamber axial ratio on the damage of country rock:(a)2=1/2;(b)Z=2/3;(c)Z=1;(d)Z=3/2;(e)Z=2 Elastic modulus/MPa (a) (b) (d e 151050025 10 图5酮室断面轴比对围岩弹性模量的影响.(a)Z=1/2:(b)Z=2/3:(c)Z=1:(d)Z=3/2:(e)Z=2 Fig.5 Effect of the chamber axial ratio on the elastic modulus of country rock:(a)Z=1/2,(b)Z=2/3,(c)Z=1,(d)Z=3/2;(e)Z=2 -Z=1/3 (a) 250 Z=1/3 (b) 400 Z=1/2 2=25 Z=1 Z=1 Z=3/2 Z=3/2 Z=-2/1 Z=2/1 Z=3/1 Z=3/1 sasiu : 100 兰100 50 r 0 -10 -5 0 10 -20-15-10-505101520 Distance to chamber center/m Distance to chamber center/m 图6不同轴比酮室X方向应力分布情况.(a)拱顶处：(b)水平中线处 Fig.6 Stress distribution in the X direction of the chamber with various axial ratios:(a)chamber roof;(b)middle route of the chamber 数值模拟结果表明，侧压系数1=1.5的地应 力条件下，拉应力轴比酮室的应力集中区域主要 表现在拱顶与拱底位置，损伤破裂区亦分布在拱 6 9 顶和拱底.压应力轴比围岩的应力集中情况与损 伤区域均与拉应力轴比相反.等应力轴比时，应力 围绕硐室均匀分布，且最大应力为130MPa,均小 uozsahuPo 于其余轴比酮室最大应力值，等应力轴比条件下， 损伤区呈围绕酮室零星分布 不同的轴比条件下，酮室围岩损伤破裂区大 1:3 122311322:131 小不同.如图7所示，等应力轴比条件下，围岩损 Axis ratio 伤区域面积最小，为2.21m2:压应力轴比损伤面积 图7围岩损伤破裂区与酮室轴比条件关系 次之：拉应力轴比相对损伤面积最大.因此，在实 Fig.7 Relationship between the damaged zone and chamber axial ratio构建侧压系数 λ = 1.5 的地应力条件下不同轴比硐 室，分别设定 Z = 1/3、1/2、2/3、1 时的拉应力轴比， Z = 1.5 时的等应力轴比及 Z = 2、3 时的压应力轴 比；且硐室断面面积均为 20 m2 . 各轴比条件下损 伤破裂区及弹性模量演化如图 4 和图 5 所示，硐室 顶部和中线两帮应力分布如图 6 所示. Damage 0.8 0.6 1.0 (a) (b) (c) (d) (e) 0.4 0.2 0 −0.4 −0.6 −0.2 −0.8 −1.0 图 4    硐室断面轴比对围岩损伤破裂影响. （a）Z=1/2；（b）Z=2/3；（c）Z=1；（d）Z=3/2；（e）Z=2 Fig.4    Effect of the chamber axial ratio on the damage of country rock: (a) Z=1/2; (b) Z=2/3; (c) Z=1; (d) Z=3/2; (e) Z=2 Elastic modulus/MPa 55 (a) (b) (c) (d) (e) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 图 5    硐室断面轴比对围岩弹性模量的影响. （a）Z=1/2；（b）Z=2/3；（c）Z=1；（d）Z=3/2；（e）Z=2 Fig.5    Effect of the chamber axial ratio on the elastic modulus of country rock: (a) Z=1/2, (b) Z= 2/3, (c) Z=1, (d) Z=3/2; (e) Z=2 −10 −5 0 5 10 0 100 200 300 400 The von mises stress/MPa Distance to chamber center/m Z=1/3 Z=1/2 Z=2/3 Z=1 Z=3/2 Z=2/1 Z=3/1 Z=1/3 Z=1/2 Z=2/3 Z=1 Z=3/2 Z=2/1 Z=3/1 (a) −20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20 0 50 100 150 200 250 The von mises stress/MPa Distance to chamber center/m (b) 图 6    不同轴比硐室 X 方向应力分布情况. （a）拱顶处；（b）水平中线处 Fig.6    Stress distribution in the X direction of the chamber with various axial ratios: (a) chamber roof; (b) middle route of the chamber 数值模拟结果表明，侧压系数 λ = 1.5 的地应 力条件下，拉应力轴比硐室的应力集中区域主要 表现在拱顶与拱底位置，损伤破裂区亦分布在拱 顶和拱底. 压应力轴比围岩的应力集中情况与损 伤区域均与拉应力轴比相反. 等应力轴比时，应力 围绕硐室均匀分布，且最大应力为 130 MPa，均小 于其余轴比硐室最大应力值，等应力轴比条件下， 损伤区呈围绕硐室零星分布. 不同的轴比条件下，硐室围岩损伤破裂区大 小不同. 如图 7 所示，等应力轴比条件下，围岩损 伤区域面积最小，为 2.21 m2 ；压应力轴比损伤面积 次之；拉应力轴比相对损伤面积最大. 因此，在实 1:3 1:2 2:3 1:1 3:2 2:1 3:1 2 3 4 5 6 7 Area of damage zone/m2 Axis ratio 图 7    围岩损伤破裂区与硐室轴比条件关系 Fig.7    Relationship between the damaged zone and chamber axial ratio · 4 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期