深埋隧洞巖爆數(shù)值模擬與預(yù)測研究.pdf

1、巖爆是建設(shè)大型地下工程經(jīng)常遇到的地質(zhì)災(zāi)害，但由于其生成機理復(fù)雜，至今在理論界和工程界尚未形成比較成熟的認(rèn)識。巖爆理論用于具體工程實踐的指導(dǎo)還相距較遠(yuǎn)，用于滿足工程需要的巖爆預(yù)測研究與預(yù)防方案，尚停留在對巖爆災(zāi)情發(fā)生的經(jīng)驗判斷水平。因此，有必要進(jìn)一步對巖爆的機理、預(yù)測預(yù)報模型進(jìn)行理論研究，從而提出可靠的預(yù)測方法和防治對策，這對于防止巖爆的發(fā)生、保證生產(chǎn)安全具有重要的理論意義和較大的實用價值。 本文在國內(nèi)外巖爆研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家

2、自然科學(xué)基金委員會與二灘水電公司設(shè)立的雅礱江水電開發(fā)聯(lián)合基金重點項目“深埋長大引水隧洞和洞室群的安全與預(yù)測研究”中的子題“巖爆機理與預(yù)報方法研究”，以錦屏二級水電站隧洞為研究對象，分析了深埋隧洞巖爆的破壞特征及機制，研究了高地應(yīng)下硬巖的本構(gòu)關(guān)系，并從能量角度對巖爆破壞過程進(jìn)行了較為深入分析，最后落實到巖爆的數(shù)值模擬與預(yù)測上。主要工作和結(jié)論如下： (1)通過錦屏二級深埋隧洞巖爆的實錄資料分析，得到深埋隧洞巖爆是一種典型的脆性破壞，

3、破壞力學(xué)機制主要有3類，即拉張破壞、剪切破壞和拉剪復(fù)合破壞。 (2)系統(tǒng)總結(jié)了傳統(tǒng)的本構(gòu)模型，詳細(xì)介紹了彈脆塑性本構(gòu)模型及利用塑性位勢理論來確定應(yīng)力跌落過程的方法，提出了適用于深埋隧洞開挖巖爆預(yù)測分析的基于Rankine準(zhǔn)則和Drucker-Prager準(zhǔn)則的巖石彈脆塑性本構(gòu)模型。 (3)分析了地下洞室開挖過程中的應(yīng)變能變化，比較了逐步開挖和急速開挖能量變化的差別?；趶?脆-塑性本構(gòu)及H-B破壞準(zhǔn)則圓型洞室開挖應(yīng)力應(yīng)變

4、解析解，分析計算了圓型洞室開挖應(yīng)變能的變化。對巖爆過程的能量釋放與耗散進(jìn)行了深入研究，從能量釋放與耗散角度解釋了巖爆的動力源及地應(yīng)力對巖爆的影響。 (4)研究了ABAQUS用戶材料子程序UMAT接口原理、彈脆塑性本構(gòu)的數(shù)值格式及應(yīng)力更新算法，開發(fā)了基于Rankine準(zhǔn)則和Drucker-Prager準(zhǔn)則的巖石彈脆塑性本構(gòu)模型的UMAT子程序并將其應(yīng)用到巖爆預(yù)測的數(shù)值模擬中。 (5)結(jié)合錦屏二級水電站輔助洞工程，利用開發(fā)的