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锦屏二级水电站交通辅助洞岩爆机制及其地质力学模式研究

郑建国  
【摘要】:岩爆是制约隧道工程发展的重大地质灾害之一,国内外学者从不同角度,运用不同手段对岩爆问题进行研究。目前,国内外对岩爆机制的研究还没形成统一的认识,岩爆问题研究已成为世界性的地下工程地质灾害难题之一。随着地下工程建设的增多,岩爆灾害问题愈加突出。岩爆机制研究是岩爆烈度分级以及预测和防治的理论依据。为了做好岩爆的预测和防治工作,减少或避免岩爆地质灾害,岩爆机制研究愈显重要性和紧迫性。锦屏二级水电站工程区属于整体高地应力区,交通辅助洞是深埋特长岩质隧洞,已开挖段及勘探平洞岩爆现象典型。所以本文以锦屏二级水电站辅助洞岩爆机制研究对象,具有工程实践和理论研究的双重意义。 本文在前人的研究成果基础上,以原型调研——室内试验——微观机制分析——物理模拟——岩爆机制——地质力学模式为研究思路,对岩爆发生机制进行全面深入研究,主要获得了以下研究成果: (1)通过对工程区实测地应力场分析,得出工程区属高地应力区,初始应力场以自重应力场为主。在此基础上,对辅助洞典型断面的二次应力场进行数值模拟分析,得出围岩二次应力量值较高,最大垂直应力量级为95~103MPa,集中在拱脚部位。 (2)通过详细的现场调研分析,得出工程区岩爆发育分布规律,在此基础上对岩爆烈度进行了分级,工程区岩爆多为Ⅰ、Ⅱ级。 (3)通过单轴压缩下岩石变形破坏全过程试验、常规三轴压缩岩石变形破坏全过程试验以及岩石岩爆倾向性指数测试三项岩石室内力学试验,工程区岩爆岩石破坏类型为Ⅱ型,岩爆区岩石岩爆倾向性中等。 (4)采用扫描电镜和岩石磨片对岩爆岩石的微观破裂特征和机制进行研究。岩爆的微观机制为张拉破坏。 (5)采用岩爆岩石进行物理模拟,在保持σ_2=10MPa、σ_3=0不变,增加σ_1的过程中,在σ_1=29mpa时,硐壁发生了应变突变现象。 (6)对以上研究进行综合分析,得出工程区岩爆发生的机制为张性、张剪性破坏。在此基础上提出了6种岩爆破坏地质力学模式:张裂—剥落、张裂—倾倒、张裂—滑移、张裂—剪切、弯曲折断和穹状爆裂。


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