腐蝕作用下深部巖體開挖卸荷的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的地下工程進(jìn)入了深部范圍。目前，地下空間的利用已成為了時代發(fā)展的趨勢。深部巖體的開挖是一種卸荷過程，其力學(xué)響應(yīng)過程難以用普通的加載強(qiáng)度準(zhǔn)則和破壞理論做出解釋。多場耦合是深部巖體開挖的獨(dú)特環(huán)境，本文考慮深部巖體受到地下水腐蝕時，巖石的力學(xué)性能發(fā)生變化，影響巖體開挖的變形、圍巖的應(yīng)力等，開展腐蝕作用下深部巖體開挖卸荷的數(shù)值模擬。
　　本文基于深部巖體開挖的物理模型試驗(yàn)，建立了巖體開挖的有限元模型。使用A

2、NSYS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，并且與物理模型試驗(yàn)進(jìn)行對比。數(shù)值模擬方案如下：整個模型尺寸為30m×30m，開挖的巷道為一個直徑2.6m的半拱形隧道，確定建立模型需要巖石參數(shù)、邊界條件、錨桿的布置、關(guān)鍵點(diǎn)的布置等，并且考慮了腐蝕工況、腐蝕程度和開挖深度三個因素，一共建立了26個有限元模型。通過數(shù)值模擬，研究分析深部巖體開挖的巷道變形、圍巖的受力、錨桿支護(hù)分析、關(guān)鍵點(diǎn)位移等，得到以下結(jié)論：
　　1)有限元軟件能夠較好地開展深部巷道腐蝕

3、巖體開挖的數(shù)值模擬研究工作。模擬結(jié)果符合實(shí)際工程情況，并具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　2）在巖體開挖過程中，對巷道變形以及圍巖受力影響的最大因素是開挖深度，其次是腐蝕工況，腐蝕程度影響最小。巷道的變形和圍巖受力都隨著開挖深度的增加而變大?？紤]腐蝕工況的影響，強(qiáng)酸腐蝕對其影響最大，酸性腐蝕次之，中性鹽腐蝕和水腐蝕最小，且后兩者影響區(qū)別甚微；巷道變形值隨著上述腐蝕工況的順序腐蝕程度的降低而減??；巷道圍巖的應(yīng)力值（第一主應(yīng)

4、力、第三主應(yīng)力、Mises應(yīng)力、剪應(yīng)力）卻正好相反。
　　3)深部巖體的開挖存在巖爆傾向。巖爆一般發(fā)生在半拱巷道的拱兩側(cè)和巷道底部兩側(cè)，巷道的開挖深度越大，巖爆現(xiàn)象越明顯。巖爆發(fā)生的范圍隨著腐蝕程度的增加而降低，但相同的深度作用下其影響區(qū)別不大。不同的腐蝕情況會影響巷道的巖爆，強(qiáng)酸腐蝕作用下，巷道內(nèi)壁巖石破壞范圍最大，酸性腐蝕次之，無腐蝕最小。
　　4)錨桿的支護(hù)作用能有效的控制和減小巷道圍巖的變形。經(jīng)過對錨桿的受力狀況研究