深埋地下廠房開挖瞬態卸荷誘發圍岩位移突變機理

《深埋地下廠房開挖瞬態卸荷誘發圍岩位移突變機理》是依託武漢理工大學，由羅憶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：深埋地下廠房開挖瞬態卸荷誘發圍岩位移突變機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：羅憶
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

我國西南地區水電站地下廠房開挖誘發的圍岩位移突變問題十分突出，對工程建設順利進行和人員設備安全提出嚴峻挑戰。本項目以深埋地下廠房爆破開挖瞬態卸荷誘髮結構面的擴展和變形機制為研究主線，採用理論分析、數值模擬與室內試驗相結合的方法，研究爆炸荷載和開挖瞬態卸荷的耦合作用對圍岩位移突變的影響。通過分析爆破開挖過程中爆炸荷載與開挖瞬態卸荷的耦合作用機制，確定地下廠房爆破開挖過程中圍岩的動力擾動特性；基於圍岩結構面的動力回響特徵，建立結構面擴展貫通與張開滑移變形之間的相互關係；研究爆破開挖過程中圍岩位移突變的形成機制，建立圍岩位移突變的分析模型；確定動力擾動下圍岩變形突變分布特徵，提出深埋地下廠房爆破開挖瞬態卸荷對圍岩變形突變影響的分析方法，為深埋地下廠房岩體開挖變形控制和穩定性評價提供理論依據。研究成果在大型水電站地下廠房、核廢料深部處置庫、地下能源儲藏庫、深部採礦等領域具有廣闊的套用前景。

結題摘要

我國西南地區水電站地下廠房開挖誘發的圍岩位移突變問題突出，對工程建設順利進行和人員設備安全提出挑戰。本項目以深埋地下廠房爆破開挖瞬態卸荷作用下，結構面的擴展和變形機制為研究主線，研究爆炸荷載和開挖瞬態卸荷的動力擾動對圍岩位移突變過程的影響。 從深部岩體鑽爆開挖過程中炮孔內部壓力分布到破裂面初始應力釋放整個過程理論分析入手，明確了鑽爆開挖過程中圍岩應力的瞬態變化過程，建立了基於動力有限元計算程式的爆破開挖瞬態卸荷數值分析方法，明確了爆炸荷載與地應力瞬態卸荷的耦合作用過程；通過真三軸拉壓試驗機、聲波儀以及岩土多功能試驗機研究了不同應力狀態下，應力波的傳播衰減規律，總結了應力波傳播過程中結構面的動力回響特性。 對岩樣進行不同受力路徑下的卸圍壓試驗，研究岩體卸荷破裂特性，得到岩體結構面卸荷開裂特性，並推導出不同應力條件下結構面尖端的抗脆斷力學性能；基於理論分析和數值模擬方法，對地下廠房開挖卸荷作用下的圍岩開裂過程進行研究，明確了不同地應力條件下開挖誘發圍岩結構面開裂擴展特性及影響因素；引入新的岩體損傷的評價指標，明確了深埋隧洞開挖形成的二次應力場與爆破開挖卸荷誘發的動力擾動組合作用是導致圍岩損傷破壞的主要原因。 研究了節理岩體的卸荷變形過程與分布特性，明確了卸荷過程對岩體位移突變的主導作用與位移分布特性，以及爆破荷載及地應力瞬態卸荷誘發的結構面張開滑移過程；以自制的深部岩體開挖卸荷模擬裝置進行室內試驗，研究了深埋地下洞室的邊牆位移突變分布特性，明確了位移突變形成過程中的誘發因素和影響機制。提出了基於時序控制斷裂爆破方法和刻槽孔爆破方法的爆破施工工藝，控制位移突變風險。研究成果在大型水電站地下廠房、核廢料深部處置庫、地下能源儲藏庫、深部採礦等領域具有廣闊的套用前景。