高边墙洞室劈裂破坏机制的试验与理论及计算分析研究

高边墙洞室的劈裂破坏现象已成为影响大型水电站地下厂房施工开挖安全的重要因素。为弄清劈裂破坏现象的形成机制,以瀑布沟水电站地下主厂房高边墙洞室为研究背景工程,开展真三维高地应力条件下高边墙洞室开挖卸荷三维地质力学模型试验,揭示高边墙洞室开挖卸荷的非线性变形特征与劈裂破坏规律。在地质力学模型试验研究的基础上,建立基于应变梯度的地下洞室劈裂破坏弹塑性损伤软化模型和岩体劈裂破坏准则,并据此依托ABAQUS软件开发地下洞室劈裂破坏计算分析程序,通过多工况数值模拟分析,有效揭示高边墙洞室劈裂破坏的产生条件和形成力学机制。研究表明:洞区初始最大主应力平行于洞轴向且其量值达到一定程度是产生劈裂破坏的重要条件;开挖卸荷过程中高边墙洞壁应力出现波峰与波谷间隔交替的振荡变化是引起劈裂破坏的根本力学成因,该研究成果为下一步进行高边墙洞室劈裂破坏防治提供了重要试验和理论依据。