高地應(yīng)力區(qū)地下工程圍巖變形破壞模式研究.pdf

1、高地應(yīng)力對(duì)地下工程的設(shè)計(jì)、施工和圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有很重要的意義。從力學(xué)角度來說,地下硐室的穩(wěn)定性主要受環(huán)境應(yīng)力及巖體本身性質(zhì)的影響。其中,環(huán)境應(yīng)力是作用力,圍巖是抵抗地應(yīng)力的載體,二者處于平衡狀態(tài)才能保證地下工程的安全運(yùn)行。本文基于大量地下工程實(shí)例和高地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料,探討高地應(yīng)力在地下工程中的表現(xiàn)特征,分析高地應(yīng)力條件下硐室開挖的變形特征,推導(dǎo)軟硬巖在高地應(yīng)力條件下的力學(xué)機(jī)制解,總結(jié)高地應(yīng)力環(huán)境下的硐室圍巖開挖過程中產(chǎn)生的地質(zhì)模式,并運(yùn)

2、用實(shí)際工程案例進(jìn)行研究論證。
　　本文首先收集大量國(guó)內(nèi)外高地應(yīng)力的實(shí)際工程案例,結(jié)合水利水電工程、鐵路工程、公路工程和采礦工程中高地應(yīng)力的表現(xiàn)形式,從巖性、開挖過程、鉆探過程、應(yīng)力應(yīng)變分析過程、室內(nèi)巖樣物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)指標(biāo)等角度探討高地應(yīng)力的具體表現(xiàn)特征;其次,總結(jié)多年來國(guó)內(nèi)外典型地下工程的異同,歸納出本文需要重點(diǎn)研究的三類巖性,采用有限元數(shù)值分析軟件,建立三維模型,分析不同巖性在自重應(yīng)力和高地應(yīng)力條件下的應(yīng)力、位移變化特征,考慮

3、硐室軸線走向與巖體最大主應(yīng)力方向不同角度相交的情況,具體結(jié)合實(shí)際工程分析圍巖應(yīng)力、位移特征;再次,從彈性力學(xué)、塑性力學(xué)和流體力學(xué)角度對(duì)圍巖變形力學(xué)機(jī)制進(jìn)行計(jì)算推導(dǎo)理論解析解,結(jié)合數(shù)值分析結(jié)果,歸納總結(jié)出高地應(yīng)力條件下軟硬巖硐室開挖圍巖變形的地質(zhì)模式;最后,以瀾滄江小灣水電站為研究對(duì)象,建立分析模型,分析了硐室群在穿越斷層的情況下圍巖開挖過程中的變形特征,通過對(duì)比計(jì)算應(yīng)力值與實(shí)測(cè)應(yīng)力值,得出二者基本吻合,并討論了小灣水電站洞室群及近年來多

4、處大型地下工程硐室圍巖開挖變形的地質(zhì)模式。
　　本文研究得到的主要結(jié)論有(1)高地應(yīng)力在地下工程中的表現(xiàn)特征可以概括為硬巖中主要發(fā)生巖爆,軟巖中主要發(fā)生塑性擠出大變形;(2)高地應(yīng)力環(huán)境下的硐室圍巖開挖變形的地質(zhì)模式有張開破裂、上拱下鼓、劈裂坍塌、巖爆、松動(dòng)撓曲、塑性擠出和膨脹擴(kuò)容;(3)基于力學(xué)理論,推導(dǎo)計(jì)算出了高地應(yīng)力條件下軟硬巖硐室開挖的力學(xué)機(jī)制解。將文中得到的結(jié)論應(yīng)用于小灣水電站和12處大型地下工程,分析得出的結(jié)果與實(shí)際情