深埋隧道岩体加卸载力学特性及围岩稳定性研究

• 作 者: 肖家双
• 出 处: 武汉理工大学
• 发表日期: 2014年01期
• 关键词: 深埋 加卸载 力学特性 围岩 稳定性

岩石的高围压作用下表现出明显不同于浅埋工程中岩石的力学行为和应力-应变特征。开挖时由于围岩的扰动容易产生围岩失稳等工程事故。而对于深埋地下工程一般都具有工作年限长、工程规模大、工程重要性等级高等特点，一旦引发围岩的稳定性问题将会给工程带来灾难性的破坏，使得深部岩体工程面临着严峻的挑战，也是许多学者和工程技术人员进行科学研究的热点问题之一。本文结合锦屏二级水电站深埋引水隧洞的工程背景，利用该工程中的岩石制作岩石室内力学试验的岩样，进行不同应力路径下岩石的应力-应变特征的研究。最后利用试验得到的岩石力学参数分析岩体开挖后围岩的稳定性分析。主要内容包括以下几点。(1)阐述了“深部”及“深部工程”的概念，引入临界深度来界定深部工程，通过莫尔-库伦屈服准则计算上临界深度。分析了原岩应力的分布规律与特征，其中包括实测垂直应力、水平应力的分布规律以及平均水平应力、垂直应力和水平主应力与埋深的关系。并对实测平均水平应力、水平主应力值、两个水平应力值的比值进行统计分析。(2)通过室内岩石的力学试验，研究岩石在三种不同加、卸载力学路径下的应力-应变曲线及破坏特性。对比分析三种情况下岩石变形参数和强度参数的变化规律。得到岩石在不同围压下的软化规律、残余强度的变化规律，以及围压大小对岩石强度和变形性能的影响。得到了岩石在卸荷段在考虑围压和径向应变影响下岩石变形模量、泊松系数随围压的变化规律。(3)基于深埋隧道开挖后围岩的变形特征，将围岩划分为塑性区和弹性区。通过理论计算围岩在不同状态下围岩塑性区的位移，然后结合力学试验中岩体塑性位移的极限值，判断各种应变状态下围岩的稳定状态。最后利用理论求解的塑性区范围对围岩按卸荷均值分区赋值进行围岩的稳定性计算，将计算结果与理论计算值及实际监测数值对比，表明分区赋值后岩体强度参数及变形参数计算更接近深埋围岩的实际状态。