孔隙含水巖石中地下結(jié)構(gòu)的水力荷載.pdf

1、隨埋深的增大，高壓孔隙水破壞巖石地下結(jié)構(gòu)襯砌的問(wèn)題日益凸顯。為建立含水巖層中地下結(jié)構(gòu)襯砌的設(shè)計(jì)理論，采用解析分析、數(shù)值模擬、物理模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，研究孔隙含水巖層中地下結(jié)構(gòu)的水力荷載，成果如下。
　　首先，研究了孔隙水壓對(duì)巖石力學(xué)參數(shù)的影響。通過(guò)理論分析，發(fā)現(xiàn)了孔隙水壓影響巖石的彈性模量、泊松比和側(cè)壓力系數(shù)的機(jī)制：孔隙水壓的變化引起孔隙的擴(kuò)張或收縮，影響孔隙的變形剛度，進(jìn)而影響彈性模量、泊松比和側(cè)壓力系數(shù)；建立了理論分析

2、模型，獲得了彈性模量、泊松比和側(cè)壓力系數(shù)隨孔隙水壓等因素變化的解析解；建立了巖石細(xì)觀隨機(jī)孔隙數(shù)值計(jì)算模型，通過(guò)大量數(shù)值計(jì)算掌握了孔隙率、孔隙水壓力等因素對(duì)巖石等效彈性模量、等效泊松比和靜止側(cè)壓力系數(shù)的影響規(guī)律。研究表明，等效彈性模量、等效泊松比和靜止側(cè)壓力系數(shù)均隨孔隙水壓力增加而線(xiàn)性增大。
　　其次，研究了孔隙水壓引起的地下結(jié)構(gòu)水力荷載。揭示了孔隙含水巖石中地下結(jié)構(gòu)水力荷載的形成機(jī)理：類(lèi)同于圍巖熱脹冷縮引起的結(jié)構(gòu)荷載，孔隙水壓變化

3、致脹或致縮圍巖孔隙，進(jìn)而引起地下結(jié)構(gòu)荷載變化；基于水壓致脹機(jī)理，建立了孔隙含水圍巖與地下結(jié)構(gòu)相互作用力學(xué)模型，獲得了水力荷載的解析解；建立了巖石與地下結(jié)構(gòu)相互作用的細(xì)觀隨機(jī)孔隙數(shù)值計(jì)算空間軸對(duì)稱(chēng)模型，通過(guò)大型數(shù)值計(jì)算掌握了水力荷載隨各因素變化的規(guī)律；通過(guò)大型模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，獲得了水力荷載隨孔隙水壓的變化規(guī)律。研究表明：地下結(jié)構(gòu)的水力荷載與孔隙水壓成正比；圍巖孔隙率越大，水力荷載越大；襯砌相對(duì)于圍巖的變形剛度（厚度與彈性模量）越大

4、，水力荷載越大；圍巖泊松比越大，水力荷載越大；襯砌泊松比對(duì)水力荷載影響不顯著。研究發(fā)現(xiàn)：水力荷載值顯著小于靜水壓力值，現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法中的水力荷載取值偏大；襯砌可能會(huì)與圍巖剝離開(kāi)，剝離面會(huì)受到水壓作用，從而增大襯砌外載。該發(fā)現(xiàn)對(duì)含水巖層中地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有重要的理論與實(shí)用價(jià)值。
　　最后，根據(jù)上述研究成果，提出了孔隙含水巖層中地下工程封水襯砌的設(shè)計(jì)原理。水力荷載值顯著小于孔隙水壓力，是襯砌的關(guān)鍵外載之一；襯砌要有足夠的強(qiáng)度抵抗水力荷載和