基于厚壁筒三維解析模型的深部洞室圍巖分區(qū)破裂化機(jī)制研究-論文 - 圖文-

1、 第 期 魯建榮：基于厚壁 筒三維解析模型的深部洞室圍巖 分區(qū)破裂化機(jī)制研 究 綜上 所述 ，卸載 內(nèi)壓 、應(yīng) 力重分 布 、 圍壓 均 勻 盾 。深部 巖 體 的彈性 蓄能特 征 與淺 部巖 石有 較大 區(qū) 別 ，現(xiàn) 有 理 論及 數(shù) 值 模 型 大部 分 基 于摩 爾一 庫 侖 準(zhǔn) 則和 最大 拉應(yīng) 力準(zhǔn) 則 （ 這些 準(zhǔn) 則適用 剪 切破壞 或 者 某 點(diǎn)應(yīng) 力 極 值 ） ，它 們 并不 能 從整 體 上考 慮 深 部 巖 體 的蓄 能特 性 。 部 分 及 軸 壓 在 一 定 條 件 下 能 導(dǎo) 致 圍巖 沿 著 徑 向出 現(xiàn) 壓 拉 區(qū) 域 。本 文 假 定 圍巖 在 應(yīng) 變 壓

2、拉 分 界 處破 壞 ，根據(jù) 現(xiàn)有 對深 部 圍巖 分區(qū)破 裂是 漸進(jìn) 式 （ 如 周 小平 等 【 的陳述 ） ，將有 可 能 出現(xiàn)拉 一 壓交 替破 壞 ， 如圖 所示 。 一 。 結(jié) 論 ， ， ， 、 、 、 根據(jù) 建立 的軸 壓 均布和 內(nèi)壓均 布 ， 圍壓 非均 勻 、 ， ， ， 、 ， ， ， ， ， 一 ，一 、 、 、 分 布等邊 界 條件 下 的三維 線 彈性 厚壁 筒模 型 ，分 別 、 、 、 、 、 、 、 。 、 、 、 ， 研 究 了 內(nèi)壓 靜力 卸載 、水 平應(yīng) 力重 分布 、圍壓均 勻 部 分 及 軸 向壓 力 對 深 部 洞 室 圍 巖 分 區(qū)破 裂 的

3、作 用 機(jī)制 ，得 出如下 結(jié)論 ： （ ）卸 載 內(nèi)壓 導(dǎo)致切 向應(yīng) 力集 中，徑 向應(yīng) 力 減 ， 、 、 、 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 、 、 ， ， 小，使得 圍巖受剪切滑移破壞的可能性增加 。 （ ）水 平應(yīng) 力 場 重 分布 導(dǎo) 致 徑 向應(yīng) 力 出現(xiàn) 壓 一 、 、 、 ， ， 、 ， 、 一 一 一 ， ， 拉 交替 ，應(yīng) 力局部 化特 征 更加 明顯 以及 彈性 壓縮 蓄 圖 圍巖 分區(qū)破裂 示意圖 能增 加 ，是 影響 分 區(qū)破裂 主要 因素之 一 。 （ ） 圍壓均勻 能夠 使得彈性壓縮蓄 能特 征增強(qiáng) 。 （ ）軸壓 增加 會(huì) 導(dǎo)致徑 向和 切 向應(yīng) 變沿著

4、徑 向 經(jīng)歷 一個(gè) 拉應(yīng) 變到 壓應(yīng) 變過 程 ，局部 化特 征 也更 加 明顯 ，是 影 響分 區(qū)破裂 重要 因素之 一 。但 水平 應(yīng) 力 重分 布和 軸壓 對分 區(qū)破 裂 的作 用機(jī) 制不 同。 本文 考慮 的 內(nèi)壓 是靜 力卸載 ，這 與 工程有 一 定 深部 洞室 開挖 時(shí) 導(dǎo)致 圍巖徑 向出現(xiàn) 拉壓 區(qū)域 ， 交界 處是 。根 據(jù) 本文 圍巖 在徑 向應(yīng)變 拉壓 交 界 處 破 壞 的假 設(shè) ，圍巖將 形 成第 個(gè) 破壞 圈 ；然后 ， 隨 著 圍巖 應(yīng) 力進(jìn) 一步 調(diào)整 ， 圍巖 以 為 新 的洞壁 將 出 現(xiàn) 拉 、壓 區(qū)域 ，拉 、壓 交界 處為 ，因此 ， 圍巖將 形 成第

5、 個(gè) 破壞 圈。 以此 循 環(huán) ，圍巖 最終 將 出現(xiàn) 多 個(gè) 破壞 圈 。 的差 別 ?？紤] 現(xiàn)有 破壞 準(zhǔn)則 在判 斷深 部巖 體破 壞 的 不合 適 宜 性 ，只 是 簡 單地 假 設(shè) 圍巖 在 徑 向應(yīng) 變 拉一 壓 交 界 處 破 壞 ，所 以本 文 并 不 能給 出破 裂 區(qū) 的 寬 度 。此 外 ，拉 壓域 、局 部化 以及 蓄能 等研 究指 標(biāo) 定 現(xiàn) 有模 型試 驗(yàn)和 數(shù)值 模擬 表 明 ，增加軸 壓 導(dǎo)致 圍巖 出現(xiàn) 拉 應(yīng)變 ，這 主要 是 因?yàn)檩S 壓 的泊松 效應(yīng) 及 軸壓 與 徑 向壓 力 的相對 大 小 ，那 么淺 部洞室 處 于合 適 的應(yīng) 力 狀 態(tài) 下 ， 也

6、有 可 能 出 現(xiàn) 圍巖 分 區(qū) 破 裂 現(xiàn) 象 ， 因此 ，軸 壓不 能成為深 部 洞室 圍巖 出現(xiàn) 分 區(qū)破 性表征 深 部 圍巖 的分 區(qū)破 裂 化 ，如何 通過 這些 指標(biāo) 定量研 究 分區(qū)破 裂將 是 后續(xù) 工作 的重 點(diǎn) 。 參 考 文 獻(xiàn) 】 錢 七虎，李樹忱 深部 巖體 工程 圍巖分 區(qū)破裂 化現(xiàn) 象 研究綜述 巖石 力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， ， （ ） ： 裂現(xiàn) 象 的特 征條件 。而本 文研 究表 明 ，在一 定條 件 下 的應(yīng) 力 重 分布 能導(dǎo) 致徑 向應(yīng) 力 為 負(fù) （ 拉應(yīng)力） ， 那 么徑 向拉應(yīng) 力就 有 可能 使得 圍巖 出現(xiàn) 拉應(yīng) 變 。 卸載 內(nèi)壓 、應(yīng) 力 重分

7、布 、圍壓均 勻 部分 等均 能 使得 徑 向應(yīng)力 和切 向應(yīng) 力發(fā) 生相 對變 化 ，這 就可 能 導(dǎo)致 圍巖 受剪 切滑 移破 壞可 能性 增加 ，拉破壞 可 能 性 降低 ，或者 剪切 破壞 可 能性減 小 ，拉破 壞 可 能性 增加 。深 部洞 室 圍巖破 壞模 式一 般有 滑 移剪切 、拉 ， ， ， （ ） ： 】 戚承志 ， 錢 七虎，王 明洋，等 分區(qū)破裂化現(xiàn) 象 的研 究 進(jìn)展 解 放 軍 理 工 大 學(xué) 學(xué)報(bào) （ 自然 科 學(xué) 版） ， ， （ ） ： ， ， ， 伸 破壞 或 者拉 剪破 壞 ，且破 壞 圖像相 似 ， 因此 ，現(xiàn) 有 的模 型試 驗(yàn) 所 獲 得 斷 裂

8、形 態(tài) 稱 為 分 區(qū)破 裂 現(xiàn) 象 則值得 討 論 。 卸載 內(nèi)壓 、應(yīng) 力重 分布 、圍壓 均 勻部 分及 軸壓 基 本 上 能夠 導(dǎo) 致 局 部 化 特 征 更 加 明顯 ，基 于梯 度 （ 局 部 化 ） 并 不 能 有 效 地 揭 示 分 區(qū) 破 裂 的主 要 矛 （ ） ， ， （ ） ： 巖 土 力 學(xué) 芻 三 斷裂破壞機(jī)制模 型試驗(yàn)研究【 巖石 力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， ， （ ） ： ， ， ， 】 周維 垣，楊 強(qiáng)巖石 力學(xué)數(shù) 值計(jì)算 方法 【 】 北京：中 國 電力 出版 社 ， 】 周小平，錢七虎，深埋巷道分 區(qū)破裂化機(jī)制 巖石力 學(xué)與工程學(xué)報(bào)， ， （ ） ： ， ， ， （

9、 ） ： ， ， （ ） ： 】張強(qiáng)勇，陳旭 光，林波，等 深部巷道 圍巖分 區(qū)破裂 三 維地 質(zhì) 力學(xué) 模型 試驗(yàn) 研 究 巖 石 力學(xué) 與工 程學(xué) 報(bào) ， ， （ ） ： 陳旭 光，張強(qiáng)勇 高應(yīng)力 深部洞 室模 型試驗(yàn) 分 區(qū)破裂 現(xiàn) 象機(jī)制 的初步研 究 巖土力 學(xué)， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， （ ） ： 陳建 功 ，周 陶 陶 ，張 永 興 深 部 洞 室 圍 巖 分 區(qū) 破 裂 化 的 】左 宇 軍 ，馬 春 德 ，朱 萬 成 ，等 動(dòng) 力 擾 動(dòng) 下 深 部 開 挖 洞 沖 擊破 壞機(jī)制 研究 巖土 力學(xué)， ， （ ） ： ， ， 室圍巖分層斷裂破

10、壞機(jī) 制模型試驗(yàn)研究 巖土力學(xué)， ， （ ） ： ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， （ ） ： 【 】 中 國科 協(xié)學(xué)會(huì) 學(xué)術(shù)部 深 部巖體 工程 圍巖分區(qū)破裂 化 效應(yīng)【 】 北 京 ：中 國 科 學(xué) 技 術(shù) 出版 社 ， 【 】王 明洋，周澤平，錢七虎 深部巖體 的構(gòu)造 和變形與破 壞 問題 巖 石力學(xué) 與工程 學(xué)報(bào)， ， （ ） ： 陳偉，王 明洋，顧雷雨深埋洞室 圍巖分 層斷裂現(xiàn)象模 型試驗(yàn)解析 】 巖 石 力 學(xué)與 工 程 學(xué) 報(bào) ， ， （ 增刊 ） ： 一 ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， （ ） ： 一 孫廣忠，孫毅 巖體力 學(xué)原理 北京 ：科學(xué) 出版社， 】 唐 春安，張永彬 巖體問隔破裂機(jī)制及演化規(guī)律初探【 巖 石 力 學(xué) 與 工程 學(xué)報(bào) ， ， （ ） ： ， 梁亞平，王惠珍，任興 民兩端均布 、軸 向線性 分布?jí)?力作用下 厚壁 圓筒 空問軸對稱 問題 的解析 解【 中 國 科學(xué)（ 物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)） ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， （ ） ： （ ， ） ， ，