长大引水隧洞岩爆机理分析及防治研究

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21世纪将是人类开发利用地下空间的世纪,埋深大、地应力高的越岭、跨海工程越来越多,这为地下工程建设中经常遇到的世界性地质灾害——岩爆的发生提供了广阔的空间。岩爆可使水电洞室、交通隧道、矿山巷道等遭受破坏,损坏生产设备,威胁工程人员的人生安全。因此,加强对岩爆的发生机理、预测及防治的研究,不仅对地质灾害学术发展起到推动作用,而且具有较高的社会经济效益。本文以锦屏二级水电站引水隧洞围岩为研究对象,分析了岩爆的主要影响因素、机理,提出了岩爆的数值计算方法,主要工作和结论如下:(1)讨论了地应力、岩性、岩体结构、埋深等因素对岩爆产生概率的影响,将岩爆的影响因素归纳为岩石应力状态和岩性条件两类。(2)通过室内常规三轴卸荷试验,分析了不同卸荷方式下岩石破坏的力学特征,试验结果表明:卸荷试验过程更符合岩爆发生时的实际应力状态;重点研究了保持轴向应力增加的卸荷试验下岩石宏观变形破坏特征,并对岩石破坏断口进行电镜扫描,分析破坏的微观特征,由此推导出了岩爆发生的机理。(3)从数值分析角度出发,探讨了采用有限单元法进行岩爆计算的原理,提出了考虑隧洞开挖卸荷作用的有限元计算方法;针对实际工程,用有限单元法计算了开挖圆形隧洞的应力,并将考虑开挖卸荷影响与不考虑开挖卸荷影响两种计算结果进行对比分析,结果表明:考虑岩体开挖卸荷可以充分反映应力集中情况,模拟开挖的计算更能反映实际洞周围岩的应力分布,在预测岩爆发生的烈度、深度和宽度方面,计算结果更准确。
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