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《山东大学》 2009年
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深部岩体脆性破坏机理及相关问题研究

隋斌  
【摘要】: 地下洞室群在开挖时,洞室的高边墙和洞室之间的岩柱往往会发生剧烈的脆性变形破坏,出现纵向的劈裂裂缝甚至发生岩爆,这种类型的破坏对于洞室的稳定性会造成比较严重的威胁。尤其对于处于大埋深、高地应力的脆性围岩中的地下洞室,开挖时更容易发生这种破坏。少有学者针对这种现象展开深入研究。本文以该现象为研究对象,通过结合现场监测、实验室试验、理论分析以及数值计算分析等手段,深入地研究和探讨了深部岩体脆性破坏的机理,取得了一系列有意义的研究成果。 现场监测方面,通过分析瀑布沟水电站地下洞群的监测资料探究大型地下厂房边墙裂缝带的分布情况、发育程度和形成原因。监测结果表明,所采用的监测方法实施简便、快速,对测试松弛区或裂隙带颇为有效。 基于断裂损伤理论,采用共线裂纹模型,推导了多裂隙体在压剪应力作用下的裂纹扩展、损伤演化方程;考虑次生裂纹产生附加应变对岩体位移的影响。通过引入弱化指数来反应岩体在达到峰值强度后材料特性的变化,同时能够反映出围压变化(加卸载)对岩体强度的影响。 基于剪滞模型,从锚杆改善岩体应力状态的角度分析锚杆的加固作用。对于地下洞室边墙来说,锚杆的存在相当于增加了一部分围压。引入断裂韧度和围压的关系来反映锚杆的对围岩的加固作用。 结合有静力侧压荷载装置的霍普金森杆实验开展了动静力复合作用下的岩石裂隙扩展分析。研究了不同裂隙角度和不同围压条件下岩石附加侧向变形量。采用数值方法分析了复杂应力条件下动力扰动对深部岩体破坏模式的影响。 对洞室群边墙围岩,研究了施工爆破动荷载和开挖后应力重分布后增加的静荷载,在这双重复合荷载作用下的围岩应力状态的变化。计算出了双重荷载作用下的位移量、拉应力区的深度及最大拉应力值。 基于上述理论,结合数值软件FLAC~(3D),对大岗山地下洞室群围岩稳定性进行了分析。有效的判断了围岩的破坏区域,为洞室稳定性提供判别依据。采用优化的支护方案,加固好岩体以防止或减少脆性破坏区出现的可能。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU452

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