大型地下洞室裂隙劣化对支护结构受力及围岩变形的影响规律研究

地下洞室围岩裂隙遇水侵蚀而引发不同程度的劣化对洞室稳定性具有不利影响.针对此问题,以华北某大型抽水蓄能电站为依托,在地质赋存环境和工程问题分析的基础上,开展了裂隙劣化对支护结构内力及围岩变形的影响规律研究.首先基于滑动裂隙模型,通过考虑裂隙水侵蚀引发的裂隙面静水压力和裂隙面强度、刚度的变化,从理论上分析了裂隙劣化的影响机制.其次借鉴强度折减法的思想,通过对裂隙、锚索、喷砼等多种结构的精细模拟,从数值上研究了裂隙劣化的影响程度.最后通过对比分析两部分的结果,提出了裂隙劣化下支护结构受力和围岩变形的预测模型.研究表明:洞室开挖支护后,裂隙劣化是围岩局部变形发展过大的主要诱发因素,且随着劣化程度的加深表现为:(1)支护结构的内力在与裂隙相交处先呈指数型增长而后趋于平稳,最大增幅为100%~150%;(2)围岩的变形呈指数型增长,其中裂隙的滑移和开裂变形量值增幅为100%~120%,围岩的整体变形量值增幅为30%~40%.大型地下洞室施工和运营期间应当充分考虑裂隙劣化对稳定性的不良影响,忽略其影响可能使工程偏于危险.

基于裂隙网络有限元的破碎岩体边坡变形破坏演化规律

针对节理裂隙在降雨入渗、人工活动等作用下持续劣化引发边坡变形破坏问题,以广西在建的天峨—巴马高速公路沿线某破碎岩体边坡为依托,采用裂隙单元和实体单元相结合的方式对破碎裂隙岩体进行建模,模拟了该边坡在节理裂隙持续劣化影响下的变形和破坏过程,分析了破碎岩体边坡的整体和局部变形、破坏的发展规律。

考虑裂隙劣化的破碎岩体边坡稳定性分析

破碎岩体边坡的失稳破坏通常受节理裂隙控制,人工活动、降雨入渗等作用会导致节理裂隙发生不同程度的劣化,对边坡的稳定性产生不利影响。以广西壮族自治区某破碎岩体边坡为依托,针对节理裂隙劣化引发的边坡失稳破坏问题,首先采用裂隙网络有限元法精细化模拟了边坡破碎岩层节理裂隙网络的分布情况;其次通过定义劣化系数对节理裂隙界面强度和刚度进行参数赋值,分析了边坡在节理裂隙劣化影响下的失稳破坏演化过程;最后结合强度折减法开展了节理裂隙不同劣化程度下边坡稳定性计算,分析了边坡安全系数及潜在滑动面分布的演化规律。研究结果可为其他地区类似破碎岩体边坡的防治提供参考。

采动应力与采空区压实承载耦合分析方法研究

采空区垮落带在覆岩沉降作用下的应力恢复对采动应力场有显著影响。基于围岩应力与采空区压实承载的耦合作用,研究了垮落带岩体压实承载的力学特性及参数反演方法,分析了裂隙带岩体的拉伸劣化力学特性,提出了采动应力场与采空区压实承载耦合分析方法,通过实例仿真模拟分析进行了验证。研究表明:垮落带渐进压实承载的力学特性是指数型表达式,压缩刚度随压缩应变呈非线性增长。由双屈服本构模型反演得到与理论解拟合度较好的垮落带力学参数,实现了垮落带压实承载特性的仿真模拟。裂隙岩体劣化系数表达式反映了模量劣化特性,应变软化本构模型增加模量劣化算法组成岩体劣化本构模型,实现了应变软化和裂隙岩体模量劣化的动态分析,较真实严谨的反映裂隙带岩体的力学特性。基于垮落带与裂隙带特征的仿真模拟,实现了采动应力场与采空区覆岩"两带"特征的耦合分析。通过工作面支承压力场演化特征的实例仿真分析,验证了采动应力场与采空区压实承载耦合分析方法的可行性和正确性,提高了采动应力场和围岩采动响应研究的严谨性和可靠性。