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在本文中,首先是假定一个核废料地质处置库位于具有一定水头的饱和节理岩体中,开挖完闭施作系统锚杆和喷混凝土支护。对坑道建造和一个50年期的热—水—应力耦合运营过程使用UDEC程序进行数值模拟,分析在单一应力场、水-力场、热-力场和热-水-力场作用下的近场围岩中的应力、变形、塑性区、温度的变化状态,以及锚杆和喷混凝土中的承载情况。具有新意的结果如下:
(1)渗流场使得围岩中的应力释放率减小,因而围岩变形位移也减小。同时渗流场也会使得支护结构的受力减小,有利于支护结构。
(2)在考虑温度场后,围岩中的水平方向应力得到加强,而垂直方向的应力则有不同程度的减弱。同时,衬砌结构中的内力大小及分布将发生显著变化。
(3)热-力耦合场和热-水-力耦合场作用下,锚杆各段上的轴力差较小;单一应力场和水-力场作用下,深入岩体内部的锚杆段轴力要远小于靠近坑道的锚杆段轴力。
(4)一般而言,对于锚喷支护结构来说,加厚衬砌结构的厚度,会有利于锚杆的受力,但若考虑温度场的作用后,围岩的位移趋势发生逆转,存在向上的位移,而此时加大衬砌厚度反而不利于锚杆的受力。
最后,对工程实例——尤卡山坑道规模试验进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果对比。在没有施加支护结构下,模拟的结果与试验实测结果相吻合,确定了本文中所采用的数值模型的可靠性。之后,在坑道中施加锚喷支护结构,并对其进行计算分析。
该文属于探索性研究,希望得出的结论有一定的工程参考价值。