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《重庆大学》 2008年
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深埋洞室围岩分区破裂化机理及应用

张伯虎  
【摘要】: 深部岩体处于复杂的工程地质环境中,地应力大,温度高,裂隙发育,因此在深部开挖巷道或洞室时,会在围岩中出现破裂区与非破裂区交替出现的分区破裂化现象。这种现象是深部岩体特有的力学现象,不会出现在浅部岩体中,也无法用传统的岩石力学理论来解释。本文将深埋洞室围岩的破坏模型建立在深部岩体强度准则之上,研究了深部岩体分区破裂化产生的机理。综合考虑了高地应力条件下洞室开挖和裂隙的扩展、贯通对围岩应力场的影响,建立了适用于不同条件下的分区破裂化模型,获得了深埋洞室围岩破裂区和非破裂区的数量、宽度,分析了深部岩体分区破裂化的形成、演化规律以及影响因素。 本文研究的主要内容为: ①建立了适用于较完整岩体的分区破裂化模型(圆形巷道和球形洞室)。主要考虑洞室开挖过程中围岩应力场的变化对围岩破坏的影响。洞室开挖卸荷采用二次抛物线荷载模拟,产生的应力场与原岩应力场进行叠加,将弹性应力场代入深部岩体强度准则中,获得破裂区的半径和位置;岩体破坏将产生应力波,这种应力波与原岩应力叠加,将产生第二次的岩体破坏,可以获得新的破裂区半径和位置;随着总叠加应力场的逐步减小,岩体将趋于稳定,破裂现象停止。 ②建立了适用于裂隙岩体的分区破裂化模型。本模型考虑岩体中裂隙的存在对洞室围岩破坏的影响。采用深部岩体强度准则,运用断裂力学相关知识,考虑裂隙间的强相互作用,其扩展和贯通导致岩体的破坏,而非贯通区域成为非破裂区。对于裂隙有一定规律分布的深部岩体,可以确定破裂区和非破裂区的位置、数量及宽度。随着应力均匀调整和裂隙的扩展,破裂区和非破裂区也逐渐变化,其形成和演化是一个动态的过程。但随着时间的推移,其分区破裂也趋于稳定。 ③建立了复杂条件下的分区破裂化模型。本模型主要运用有限元法进行数值模拟,重点考虑高地应力、非圆形巷道、非静水压力和大量裂隙等复杂情况下岩体的分区破裂化现象。模型中用随机分布的弱单元来模拟岩体中存在的裂隙,并采用锦屏二级电站四条引水隧洞的地质资料参数和岩体力学参数,获得了四条引水隧洞围岩的分区破裂化分布规律,并讨论了不同的岩体力学参数及地应力大小对洞室围岩分区破裂化的影响。 本文比较系统地分析了深部岩体中发生分区破裂化的条件,建立了适用于不同条件下的分区破裂化理论及数值模型,能够完整地揭示深部岩体的分区破裂化机理。研究的成果不仅深化了深部岩体的力学性能研究,对深埋洞室的开挖与支护也有一定的理论参考意义。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU452

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 耿鸣山;深部岩体硐室分区破裂化数值试验研究[D];大连理工大学;2010年
2 郭相参;深埋高地应力隧道卸压支护技术研究[D];西安科技大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 张明建;郜进海;王大顺;;“三软”煤巷围岩移动规律研究[J];地下空间与工程学报;2009年05期
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8 高富强;杨军;张华;;不同载荷形式下石灰岩冲击特性的比较和讨论[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(上册)[C];2009年
9 余永强;顾金才;杨小林;王新生;;动载下洞室加固锚杆受力的实验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年
2 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
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10 邵太升;黄沙矿上保护层开采卸压释放作用研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏发强;新义煤矿三软煤层巷道围岩稳定与支护技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
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6 王伟;基于矿井自动监测与组态软件的瓦斯管理系统开发研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 王超明;木寨岭隧道软岩大变形控制技术研究[D];河南理工大学;2010年
8 李利峰;梁北煤矿特软煤巷锚固支护技术研究[D];河南理工大学;2010年
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10 赵明洲;郭二庄矿松软煤层回采巷道中空注浆锚索支护技术研究[D];河北工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 翟所业,贺宪国;巷道围岩塑性区的德鲁克-普拉格准则解[J];地下空间与工程学报;2005年02期
2 王德荣;李杰;钱七虎;;深部地下空间周围岩体性能研究浅探[J];地下空间与工程学报;2006年04期
3 王学滨;潘一山;李英杰;;围压对巷道围岩应力分布及松动圈的影响[J];地下空间与工程学报;2006年06期
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10 李英杰;潘一山;章梦涛;;高地应力围岩分区碎裂化的时间效应分析和相关参数研究[J];地质力学学报;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
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1 王永岩;软岩巷道变形与压力分析控制及预测[D];辽宁工程技术大学;2001年
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3 张东明;岩石变形局部化及失稳破坏的理论与实验研究[D];重庆大学;2004年
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5 梁正召;三维条件下的岩石破裂过程分析及其数值试验方法研究[D];东北大学;2005年
6 李凤仪;浅埋煤层长壁开采矿压特点及其安全开采界限研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
7 李桂臣;软弱夹层顶板巷道围岩稳定与安全控制研究[D];中国矿业大学;2008年
8 陈坤福;深部巷道围岩破裂演化过程及其控制机理研究与应用[D];中国矿业大学;2009年
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1 王树洪;高地应力高外水压隧洞围岩稳定和支护结构研究及应用[D];河海大学;2004年
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4 张向阳;动压影响下大巷围岩变形机理与卸压控制研究[D];安徽理工大学;2007年
5 林波;高地应力深部巷道分区破裂现象地质力学模型试验研究[D];山东大学;2009年
【二级引证文献】
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1 赵勇;隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[D];北京交通大学;2012年
2 李冲;软岩巷道让压壳—网壳耦合支护机理与技术研究[D];中国矿业大学;2012年
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1 孙扬;煤矿深部巷道变形破坏规律及返修支护技术研究[D];西安科技大学;2011年
2 梁晋源;河神庙(1000m)深井主要巷道的布置和支护技术的研究[D];太原理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘高,王小春,聂德新;金川矿区地下巷道围岩应力场特征及演化机制[J];地质灾害与环境保护;2002年04期
2 钱七虎;深部岩体工程响应的特征科学现象及“深部”的界定[J];东华理工学院学报;2004年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
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3 刘光华;苏慕珍;陈鹤云;徐亚萍;王志新;崔久传;;硫铝酸盐水泥混凝土的耐腐蚀机理[A];第五届全国混凝土耐久性学术交流会论文集[C];2000年
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5 李悦;破解肌体造血机理与营养循环保障机制[N];大众科技报;2008年
6 记者 衣晓峰 通讯员 李小莲;针刺治青光眼性视神经萎缩机理被揭示[N];健康报;2010年
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1 李雪灵;风险投资支撑环境作用机理研究[D];吉林大学;2005年
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