高埋深地下洞室圍巖破壞機(jī)理及其穩(wěn)定性的細(xì)觀力學(xué)研究.pdf

1、高埋深地下洞室結(jié)構(gòu)的大量興建是人類未來生存與發(fā)展的必然需求,其圍巖破壞機(jī)理及其穩(wěn)定性是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外巖土工程界研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一。依托西部某深埋輸水隧洞,基于顆粒離散元法、室內(nèi)物理試驗(yàn)原理、離心模型試驗(yàn)理論及超載理論,由深埋粉砂巖的力學(xué)行為入手,本文從六大方面、宏細(xì)觀相結(jié)合的角度詳細(xì)分析了高埋深地下洞室圍巖破壞機(jī)理及其穩(wěn)定性,初步得到了以下成果:
　　(1)深埋硬巖的力學(xué)行為。深埋粉砂巖的力學(xué)行為受加載方式、圍壓和卸載速率的影

2、響,且微裂紋大量萌生時(shí)刻均位于峰后且靠近峰值強(qiáng)度,其分布及數(shù)量與加載方式、圍壓及卸載速率有關(guān),是試樣破壞模式不同的本質(zhì)原因。
　　(2)含孔洞硬巖破裂機(jī)理研究。含孔洞粉砂巖試樣的破壞規(guī)律與完整試樣基本相同,只是更易受加載方式和圍壓的影響。中主應(yīng)力大小和方向均對(duì)含孔洞粉砂巖試樣的力學(xué)行為具有較大的影響,其破壞特征(脆性或延性)由最小主應(yīng)力及中主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差決定;同時(shí)其破壞模式不僅與中主應(yīng)力的大小有關(guān),還與其方向有關(guān),其根本原

3、因在于孔洞對(duì)試樣的削弱作用與圍壓對(duì)變形抑制作用的相互影響。
　　(3)不同斷面形式下洞室結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理研究?！跋燃虞d、后開洞”與“先開洞、后加載”獲得的洞室破壞模式及其發(fā)展過程是有差別的。斷面形式和側(cè)壓力系數(shù)均影響洞室開挖后的應(yīng)力重分布,引起巖體細(xì)觀微裂紋的萌生、擴(kuò)展與分布差異較大,進(jìn)而造成巖體宏觀破壞模式不同;一定范圍內(nèi)的側(cè)壓力系數(shù)對(duì)洞室穩(wěn)定是有利的,但斷面形式不同,側(cè)壓力系數(shù)的臨界值不同。
　　(4)深埋地下洞室結(jié)構(gòu)巖爆破

4、壞機(jī)理研究。不論是卸載巖爆還是加載巖爆,巖爆發(fā)生時(shí)應(yīng)力變化規(guī)律和能量變化規(guī)律基本相同。但是巖爆方式不同、最小圍壓不同,巖爆的具體破壞機(jī)理是不同的,并且最小圍壓對(duì)兩種巖爆方式的影響是有差別的。
　　(5)開挖過程中深埋地下洞室圍巖穩(wěn)定性研究。側(cè)壓力系數(shù)不同,開挖過程中洞室失穩(wěn)破壞機(jī)理不同,可能發(fā)生的巖爆形式不同,AE事件時(shí)空分布不同?？傮w來看,深部巖體在開挖擾動(dòng)影響下,首先在洞壁表面和開挖面附近區(qū)域形成破壞損傷區(qū),而后隨著開挖面的不

5、斷推進(jìn),開挖損傷區(qū)逐漸向深部發(fā)展,其具體發(fā)展形態(tài)與其側(cè)壓力系數(shù)關(guān)系極大。
　　(6)節(jié)理對(duì)深埋地下洞室穩(wěn)定性的影響?；陬w粒離散元法編寫直剪試驗(yàn)數(shù)值程序,應(yīng)用該程序建立節(jié)理細(xì)觀參數(shù)與其宏觀力學(xué)特性的關(guān)系。根據(jù)真實(shí)巖體中節(jié)理分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,編寫生成隨機(jī)斷續(xù)節(jié)理的子程序,并將其嵌入顆粒離散元法。節(jié)理連通率不同,開挖過程中洞室圍巖失穩(wěn)破壞的具體形態(tài)、微裂紋分布及其綜合位移分布等是有一定差別的;整體來看,隨著節(jié)理連通率的增加,洞室圍巖失穩(wěn)