加卸载应力波对深部地下洞室变形和破坏影响规律的研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:yanguangkai
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近年来,随着我国经济建设的突飞猛进,地下工程不断向着更大的深度发起挑战。在深部地下的特殊地质环境中,除了爆破所产生的冲击荷载会对岩体产生扰动之外,开挖体的强烈卸荷导致的瞬态应力重分布也会对围岩的稳定性造成影响。这些扰动分别以加载应力波和卸载应力波的形式在围岩中传播,对围岩的安全和稳定性造成影响,从应力波的角度考虑爆破加载和瞬态卸载对围岩变形和破坏的影响规律具有十分重要的研究价值。本文首先在国内外对深部岩体爆破开挖过程的研究现状进行总结的基础之上,简要阐述了深部地下岩体和深部洞室的基本特征,从理论上分析讨论了爆炸荷载和瞬态卸荷的力学模型与作用过程,并从波动力学的角度阐述了开挖过程中岩体内应力波传播的情况以及加卸载应力波之间的相互作用机理。随后基于流固耦合以及隐-显式连续算法,利用动力有限元软件模拟分析了在平面应变的情况下,地应力大小对爆破加卸载应力波的影响规律,研究发现初始地应力的大小和方向对爆炸过程中产生的加卸载应力波均有显著的影响,定量分析了初始地应力对相对加载扰动和相对卸载扰动之间的关系,给出应力幅值和扰动时间关于初始地应力的折算公式,为后续计算提供更高的计算精度。最后以白鹤滩水电站地下厂房边墙扩挖为工程背景,利用动力有限元分析软件,结合工程现场地质勘探数据以及爆破监测数据,研究加载应力波和卸载应力波对地下洞室变形和破坏的影响规律。研究结果发现,在模拟深部岩体爆破时充分考虑卸载效应是十分必要的;在实际爆破中,加卸载应力波两者叠加导致的位移变形的范围和量级均大于任意单一因素的情况。爆破加载波对地下洞室变形的影响主要体集中爆破开挖区后部投影面内,影响范围较小,水平位移大于竖向位移。卸载波对地下洞室的变形影响范围则较大,总体位移趋势表现为向着开挖体的收缩变形,竖向位移明显高于水平位移。在塑性变形方面,可以认为围岩的塑性变形主要是由爆破加载波导致,卸载波则在此基础之上加剧了的塑性变形。本论文的研究结果对深部岩体爆破开挖中围岩稳定性的控制、降低围岩损伤变形、保障地下建筑的安全具有重要的工程意义。
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