基于強度折減法的結構面影響下隧道圍巖破壞機理數值試驗研究.pdf

1、工程巖體往往被各種結構面所切割，使得工程巖體的性質具有明顯的不均勻性。大量工程實踐表明，在被結構面切割的巖體中開挖洞室后，常常出現洞室大變形、支護破壞，甚至洞室整體破壞失穩。因此，開展結構面影響下隧道圍巖破壞機理研究對于采礦和地下結構工程實踐都具有十分重要的意義。
　　 由于巖體表現出強烈的非均質性、各向異性和非連續性，采用解析的方法顯然已經無法滿足圍巖穩定性分析的需要，而目前針對結構面對隧道穩定性影響的研究多是采用現場監測與相

2、似材料模擬試驗相結合或是采用統計的方法，這些方法多數只能給出研究的最終結果，而無法進行破壞過程演化機理的模擬與分析，從而使得許多理論與工程分析停留在“結果分析”上。盡管物理模型試驗是工程結構破壞的主要研究手段，但物理模型試驗不僅成本高、周期長，而且模型參數難以在有限個物理模型中調整，大大地限制了物理模型試驗在隧道穩定性研究中的應用。更大的困難還在于，許多地質和工程誘發的災害難以在實驗室條件下進行物理模型試驗研究。盡管國內外學者在圍巖穩定

3、性方面已經做了大量的工作，但是由于地下工程的復雜性，對于圍巖的破壞機理至今并沒有完全認識清楚，尤其是對受結構面影響下隧道圍巖的漸進性破壞規律的認識仍然比較模糊。
　　 因此，本文抓住巖石為非均勻性材料的認識，采用損傷力學和統計理論的單元本構模型，利用能夠反應巖體漸進破壞過程的巖石真實破壞過程分析軟件(RFPA)數值模擬分析系統，利用有別于傳統加載研究方式的強度折減方法，在現有理論基礎上，將不良地質構造、地應力等因素與圍巖的變形和

4、損傷演化聯系起來，通過在數值模擬中考慮圍巖力學性質的逐步退化，建立了卸載作用下圍巖變形、損傷與逐漸失穩破壞的分析模型，主要研究內容如下：
　　 將強度折減法應用于巖石隧道穩定性分析中，通過在數值模擬中考慮圍巖力學性質的逐步弱化，研究了卸載作用下圍巖變形、損傷與逐漸失穩破壞的機理和演化規律，對強度折減法在隧道穩定性分析中應用的可靠性作了充分評價，并闡明了它的優勢；
　　 研究了層狀頂板巷道圍巖的變形破壞特征以及不同側壓、不

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

6、響；討論了斷層厚度和地應力對靠近隱含斷層的隧道破壞失穩機制的影響并給出了含隱含斷層巖體中隧道穩定性判別的方法。
　　 研究了被兩組交叉節理切割的巖體中隧道圍巖的穩定性及圍巖破壞機制，研究了交叉節理的產狀以及節理貫通程度對隧道破壞機制的影響，并分析了在不同側壓力系數條件下，隧道圍巖的破壞機制和安全儲備問題。
　　 基于聯想1800高性能計算機，采用大規?？茖W數值計算方法，研究了互層狀巖體中深埋單孔巷道和平行巷道圍巖分區破裂