高地應力區(qū)地下工程圍巖變形破壞模式研究.pdf

1、高地應力對地下工程的設計、施工和圍巖穩(wěn)定性評價具有很重要的意義。從力學角度來說,地下硐室的穩(wěn)定性主要受環(huán)境應力及巖體本身性質(zhì)的影響。其中,環(huán)境應力是作用力,圍巖是抵抗地應力的載體,二者處于平衡狀態(tài)才能保證地下工程的安全運行。本文基于大量地下工程實例和高地應力實測資料,探討高地應力在地下工程中的表現(xiàn)特征,分析高地應力條件下硐室開挖的變形特征,推導軟硬巖在高地應力條件下的力學機制解,總結(jié)高地應力環(huán)境下的硐室圍巖開挖過程中產(chǎn)生的地質(zhì)模式,并運

2、用實際工程案例進行研究論證。
　　本文首先收集大量國內(nèi)外高地應力的實際工程案例,結(jié)合水利水電工程、鐵路工程、公路工程和采礦工程中高地應力的表現(xiàn)形式,從巖性、開挖過程、鉆探過程、應力應變分析過程、室內(nèi)巖樣物理力學性質(zhì)試驗指標等角度探討高地應力的具體表現(xiàn)特征;其次,總結(jié)多年來國內(nèi)外典型地下工程的異同,歸納出本文需要重點研究的三類巖性,采用有限元數(shù)值分析軟件,建立三維模型,分析不同巖性在自重應力和高地應力條件下的應力、位移變化特征,考慮

3、硐室軸線走向與巖體最大主應力方向不同角度相交的情況,具體結(jié)合實際工程分析圍巖應力、位移特征;再次,從彈性力學、塑性力學和流體力學角度對圍巖變形力學機制進行計算推導理論解析解,結(jié)合數(shù)值分析結(jié)果,歸納總結(jié)出高地應力條件下軟硬巖硐室開挖圍巖變形的地質(zhì)模式;最后,以瀾滄江小灣水電站為研究對象,建立分析模型,分析了硐室群在穿越斷層的情況下圍巖開挖過程中的變形特征,通過對比計算應力值與實測應力值,得出二者基本吻合,并討論了小灣水電站洞室群及近年來多

4、處大型地下工程硐室圍巖開挖變形的地質(zhì)模式。
　　本文研究得到的主要結(jié)論有(1)高地應力在地下工程中的表現(xiàn)特征可以概括為硬巖中主要發(fā)生巖爆,軟巖中主要發(fā)生塑性擠出大變形;(2)高地應力環(huán)境下的硐室圍巖開挖變形的地質(zhì)模式有張開破裂、上拱下鼓、劈裂坍塌、巖爆、松動撓曲、塑性擠出和膨脹擴容;(3)基于力學理論,推導計算出了高地應力條件下軟硬巖硐室開挖的力學機制解。將文中得到的結(jié)論應用于小灣水電站和12處大型地下工程,分析得出的結(jié)果與實際情