瞬态卸荷岩体破坏的三维数值模拟研究

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随着人们对资源需求不断增加,不断加大对地下空间的利用,地下开挖成为重要的途径之一。深部开挖会破坏岩体原来平衡状态,导致应力重分布,这样极容易引发岩爆,给人们的生命安全和财产安全带来威胁。因此,岩爆机制的研究,对减少或者避免岩爆事故发生有着重要的意义。  基于此,本文考虑围压作用,将岩体在三维加载下,对卸荷过程中的破坏演化过程进行数值模拟分析。为了更好地模拟实际岩体的受力状态,计算中设计了两阶段载荷施加方法。采用重启动模拟方法施加初始静载。设计了先快后慢、先慢后快、直线卸载三种卸荷方式,模拟不同加载路径对岩体破坏的影响,最后得出直线卸载为较好的卸载方式。在此基础上,通过改变围压分别讨论了细观应力演化与重分布特征、细观单元破坏机理。  研究表明,相较于先慢后快、先快后慢的卸载方式,直线卸载方式下岩石破坏的最大主应力值、开始出现破坏的时间居中,但破坏持续时间较长,可作为实际工作中选择开挖方式的参考依据。在高低不同围压下,初始阶段应力随时间变化不同。较低围压下,应力变化趋势相同,最终稳定在预定施加荷载值上;较高围压下,应力变化虽然趋势一致,但稳定在不同的应力值上,出现了“应力变化圈”。岩石的破坏模式和破坏特点在不同围压下有所不同。在较低围压下,岩石发生了平行于底端的“饼状”破坏,发生受拉破坏;在较高围压下,岩石除了发生受拉破坏,还会发生受压破坏。对于受压破坏状态下的单元,单元由拉应力迅速转变为压应力最终发生破坏;在更高围压条件下,单元一直处于受压状态,在破坏前压力会突然的增大。
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