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随着经济的提高,在铁路、高速公路以及矿业水利工程向大埋深发展过程中,深埋隧洞工程中围岩稳定性成为制约着工程进展的重要因素。以锦屏二级水电站为研究工程背景,以深入研究水电站隧洞深埋硬岩(大理岩)破坏机制为核心目的,同时在对此深埋硬岩破坏机制研究的基础上再对岩爆发生的预测和防护进行探索研究。主要包括以下研究内容: (1)介绍了锦屏二级水电站深埋隧洞发生的大理岩破坏,分为两种类型,为拉张型板裂化破坏和剪切型破坏。拉张型板裂化破坏类型又可细分为拉张型板裂化岩爆和拉张型板裂化片帮两种细类,剪切型破坏类型又可细分剪切型岩爆和剪切型片帮两种细类,总共四种细类基本破坏方式。四种破坏方式出现时即可以单独发生也可以相互之间组合发生。还简单对四种基本破坏方式其发生机制进行初步分析,作为后续深入研究的基础先行。 (2)针对拉张型板裂化破坏和剪切型破坏两大类型,从断裂力学的角度对拉张破裂面和剪切破裂面的产生给出解释,与已有研究实验结果吻合,得出径向应力的存在与否与存在大小是发生拉张型板裂化破坏或剪切型破坏的关键。 (3)以锦屏二级水电站隧洞完整大理岩拉张型板裂化破坏的两种形式拉张型板裂化岩爆和拉张型板裂化片帮为研究对象,并且给出其发生发展全阶段的破坏机理,包括从断裂力学的角度解释拉张型破裂面的产生及拉张型板裂化岩爆和拉张型板裂化片帮各自发展至破坏的机制。为更深入研究拉张型板裂化岩爆,还使用FLAC3D有限差分数值分析软件对岩板积聚能量过程进行模拟研究。 (4)使用FLAC3D有限差分数值分析软件对单个弧形岩板的力学行为进行模拟,是对拉张型板裂化岩爆的深入研究。通过模拟不同几何尺寸和相近材料力学性质时弧形岩板承受荷载的能力来探求不同条件对弧形岩板承载能力的影响。建立对应实际工程的单个弧形岩板模拟可以预测岩爆的发生。 (5)在深入解释大理岩破坏机制的基础上,利用PFC2D即二维颗粒流程序对深埋大理岩的破坏进行模拟,模拟显示深埋大理岩在开挖后初期洞壁围岩径向应力为零时会发生拉张型板裂化破坏,与所述破坏机制和实际相同。且还用该方法探求不同断面对拉张型板裂化破坏的影响,未发现明显影响。