深埋隧洞围岩破裂演化及岩爆的硬性结构面作用机制研究

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liunian2008
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西部大开发、一带一路等国家重大发展战略计划的实施,我国西部地区正有一大批在建和拟建的深部隧道,这使得深埋隧洞围岩稳定性分析成为亟待解决的关键技术。深部隧道工程建设过程中时常发生由于地质灾害(围岩大变形、分区破裂、应变型塌方、岩爆)引起的安全事故,且在现有理论的指导下灾害防治效果不明显。为了满足工程建设的需要及学科推进,本文以锦屏深部地下实验室II期开挖工程为工程研究背景,在继承现有研究成果的基础上,开展考虑硬性结构面的深埋隧洞围岩破裂演化机制研究、深埋隧洞岩爆诱发机制研究,阐明硬性结构面对深埋隧洞开挖卸荷作用下围岩破裂演化机制的影响,以及应变-结构面滑移型岩爆诱发过程中硬性结构面扮演的角色。概括之,本文主要研究内容和结论如下:(1)结合隧洞开挖全过程的钻孔摄像测试、声波测试数据,标定围岩破裂演化过程中的原生裂隙、新生裂隙、裂隙拓展,统计分析了不同原生裂隙条件下的围岩破裂损伤特征、演化规律,揭示了深埋隧洞围岩破裂演化的硬性结构面作用机制,阐明了不同结构面条件下深埋硬岩隧洞开挖卸荷围岩破裂过程。结果表明,岩体原生裂隙的发育情况是分区破裂形成中的关键影响因素,原生裂隙易形成分区破裂的起裂边界,围岩的岩体强度及岩体完整性是控制围岩破损比的重要影响因素,围岩破损比的确定提供了一种间接确定围岩损伤区范围的思路。(2)锦屏深部地下实验室II期工程损伤区深度测试实践表明,恶劣的声波测试条件带来的误差可能超过米级。基于锦屏深部地下实验室II期工程中,不同结构面条件下围岩破裂特征的认识,围岩破裂表现为单区破裂时,围岩破损比可能是地应力、开挖条件、岩石岩性等影响因素的函数。基于量纲分析法建立了锦屏条件下围岩破损比R的计算模型,将随机选取的训练样本和测试样本代入模型中检验,验证了基于围岩破损比评价损伤区深度的可行性。(3)考虑到应变-结构面滑移型岩爆中岩爆诱发与硬性结构面的密切关系,对锦屏深部地下实验室II期开挖过程中发生的一次极强岩爆开展了结构面展布测试,并通过数值模拟分析了结构面展布对围岩弹性应变能分布特征的影响,并对国内外发生的应变-结构面滑移型岩爆进行了统计分析。岩爆的现场测试、弹性应变能特征分析、岩爆统计等多方面分析结果表明,围岩内结构面展布形态是导致7-8#实验室极强岩爆孕育的关键因素,围岩内不同的结构面展布形态为岩爆孕育提供了不同的能量累积环境,当围岩内结构面平行于边墙或是小角度相交于边墙时,此处具有更高的即时性应变-结构面滑移型岩爆发生几率。
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