深埋隧洞巖爆數(shù)值模擬與預測研究.pdf

1、巖爆是建設大型地下工程經常遇到的地質災害，但由于其生成機理復雜，至今在理論界和工程界尚未形成比較成熟的認識。巖爆理論用于具體工程實踐的指導還相距較遠，用于滿足工程需要的巖爆預測研究與預防方案，尚停留在對巖爆災情發(fā)生的經驗判斷水平。因此，有必要進一步對巖爆的機理、預測預報模型進行理論研究，從而提出可靠的預測方法和防治對策，這對于防止巖爆的發(fā)生、保證生產安全具有重要的理論意義和較大的實用價值。 本文在國內外巖爆研究的基礎上，結合國家

2、自然科學基金委員會與二灘水電公司設立的雅礱江水電開發(fā)聯(lián)合基金重點項目“深埋長大引水隧洞和洞室群的安全與預測研究”中的子題“巖爆機理與預報方法研究”，以錦屏二級水電站隧洞為研究對象，分析了深埋隧洞巖爆的破壞特征及機制，研究了高地應下硬巖的本構關系，并從能量角度對巖爆破壞過程進行了較為深入分析，最后落實到巖爆的數(shù)值模擬與預測上。主要工作和結論如下： (1)通過錦屏二級深埋隧洞巖爆的實錄資料分析，得到深埋隧洞巖爆是一種典型的脆性破壞，

3、破壞力學機制主要有3類，即拉張破壞、剪切破壞和拉剪復合破壞。 (2)系統(tǒng)總結了傳統(tǒng)的本構模型，詳細介紹了彈脆塑性本構模型及利用塑性位勢理論來確定應力跌落過程的方法，提出了適用于深埋隧洞開挖巖爆預測分析的基于Rankine準則和Drucker-Prager準則的巖石彈脆塑性本構模型。 (3)分析了地下洞室開挖過程中的應變能變化，比較了逐步開挖和急速開挖能量變化的差別?；趶?脆-塑性本構及H-B破壞準則圓型洞室開挖應力應變

4、解析解，分析計算了圓型洞室開挖應變能的變化。對巖爆過程的能量釋放與耗散進行了深入研究，從能量釋放與耗散角度解釋了巖爆的動力源及地應力對巖爆的影響。 (4)研究了ABAQUS用戶材料子程序UMAT接口原理、彈脆塑性本構的數(shù)值格式及應力更新算法，開發(fā)了基于Rankine準則和Drucker-Prager準則的巖石彈脆塑性本構模型的UMAT子程序并將其應用到巖爆預測的數(shù)值模擬中。 (5)結合錦屏二級水電站輔助洞工程，利用開發(fā)的