基于強(qiáng)度折減法的結(jié)構(gòu)面影響下隧道圍巖破壞機(jī)理數(shù)值試驗(yàn)研究.pdf

1、工程巖體往往被各種結(jié)構(gòu)面所切割，使得工程巖體的性質(zhì)具有明顯的不均勻性。大量工程實(shí)踐表明，在被結(jié)構(gòu)面切割的巖體中開挖洞室后，常常出現(xiàn)洞室大變形、支護(hù)破壞，甚至洞室整體破壞失穩(wěn)。因此，開展結(jié)構(gòu)面影響下隧道圍巖破壞機(jī)理研究對(duì)于采礦和地下結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐都具有十分重要的意義。
　　 由于巖體表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性、各向異性和非連續(xù)性，采用解析的方法顯然已經(jīng)無法滿足圍巖穩(wěn)定性分析的需要，而目前針對(duì)結(jié)構(gòu)面對(duì)隧道穩(wěn)定性影響的研究多是采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與相

2、似材料模擬試驗(yàn)相結(jié)合或是采用統(tǒng)計(jì)的方法，這些方法多數(shù)只能給出研究的最終結(jié)果，而無法進(jìn)行破壞過程演化機(jī)理的模擬與分析，從而使得許多理論與工程分析停留在“結(jié)果分析”上。盡管物理模型試驗(yàn)是工程結(jié)構(gòu)破壞的主要研究手段，但物理模型試驗(yàn)不僅成本高、周期長(zhǎng)，而且模型參數(shù)難以在有限個(gè)物理模型中調(diào)整，大大地限制了物理模型試驗(yàn)在隧道穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用。更大的困難還在于，許多地質(zhì)和工程誘發(fā)的災(zāi)害難以在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行物理模型試驗(yàn)研究。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在圍巖穩(wěn)定

3、性方面已經(jīng)做了大量的工作，但是由于地下工程的復(fù)雜性，對(duì)于圍巖的破壞機(jī)理至今并沒有完全認(rèn)識(shí)清楚，尤其是對(duì)受結(jié)構(gòu)面影響下隧道圍巖的漸進(jìn)性破壞規(guī)律的認(rèn)識(shí)仍然比較模糊。
　　 因此，本文抓住巖石為非均勻性材料的認(rèn)識(shí)，采用損傷力學(xué)和統(tǒng)計(jì)理論的單元本構(gòu)模型，利用能夠反應(yīng)巖體漸進(jìn)破壞過程的巖石真實(shí)破壞過程分析軟件(RFPA)數(shù)值模擬分析系統(tǒng)，利用有別于傳統(tǒng)加載研究方式的強(qiáng)度折減方法，在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上，將不良地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力等因素與圍巖的變形和

4、損傷演化聯(lián)系起來，通過在數(shù)值模擬中考慮圍巖力學(xué)性質(zhì)的逐步退化，建立了卸載作用下圍巖變形、損傷與逐漸失穩(wěn)破壞的分析模型，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 將強(qiáng)度折減法應(yīng)用于巖石隧道穩(wěn)定性分析中，通過在數(shù)值模擬中考慮圍巖力學(xué)性質(zhì)的逐步弱化，研究了卸載作用下圍巖變形、損傷與逐漸失穩(wěn)破壞的機(jī)理和演化規(guī)律，對(duì)強(qiáng)度折減法在隧道穩(wěn)定性分析中應(yīng)用的可靠性作了充分評(píng)價(jià)，并闡明了它的優(yōu)勢(shì)；
　　 研究了層狀頂板巷道圍巖的變形破壞特征以及不同側(cè)壓、不

5、同厚跨比條件下層狀頂板的破壞機(jī)理；研究了位于被不同傾角軟弱成層結(jié)構(gòu)面切割的巖體中隧道的變形破壞特征在不同側(cè)壓比作用下的破壞失穩(wěn)模式、隧道周邊位移和隧道的安全儲(chǔ)備問題，指出Goodman圖解法判別層狀巖體穩(wěn)定性僅適用于水平地應(yīng)力較小的情況。研究了水平地應(yīng)力對(duì)深埋垂直板裂結(jié)構(gòu)巖體中隧道圍巖破壞機(jī)理的影響，指出了梁板理論應(yīng)用于板裂結(jié)構(gòu)巖體洞室穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的局限性。
　　 分析了隱含斷層的分布位置和傾角對(duì)隧道圍巖變形破壞機(jī)理及安全儲(chǔ)備的影

6、響；討論了斷層厚度和地應(yīng)力對(duì)靠近隱含斷層的隧道破壞失穩(wěn)機(jī)制的影響并給出了含隱含斷層巖體中隧道穩(wěn)定性判別的方法。
　　 研究了被兩組交叉節(jié)理切割的巖體中隧道圍巖的穩(wěn)定性及圍巖破壞機(jī)制，研究了交叉節(jié)理的產(chǎn)狀以及節(jié)理貫通程度對(duì)隧道破壞機(jī)制的影響，并分析了在不同側(cè)壓力系數(shù)條件下，隧道圍巖的破壞機(jī)制和安全儲(chǔ)備問題。
　　 基于聯(lián)想1800高性能計(jì)算機(jī)，采用大規(guī)模科學(xué)數(shù)值計(jì)算方法，研究了互層狀巖體中深埋單孔巷道和平行巷道圍巖分區(qū)破裂