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深埋隧洞围岩板裂化机制与岩爆预测研究

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第34卷 第11期 岩石力学与工程学报 Vol.34 No.11 2015年11月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2015

收稿日期：2015–10–19 作者简介：卢景景(1985–)，女，博士，2014年于中国科学院武汉岩土力学研究所获博士学位，导师为周 辉研究员，现任助理研究员，主要从事岩石力学试验研究方面的工作。E-mail：jjlu@whrsm.ac.cn DOI：10.13722/j.cnki.jrme.2015.2003 深埋隧洞围岩板裂化机制与岩爆预测研究 卢景景 (中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071) 博士学位论文摘要：板裂化和岩爆是高应力条件下深埋硬脆性岩体开挖后常见的2种破坏形式，板裂化岩爆是以板裂化破坏为前兆信息的岩爆，是由于板裂面切割围岩形成的岩爆结构发生突发性失稳破坏而形成的，在深埋隧洞中发生频率最高。对深埋隧洞围岩板裂化机制和板裂化岩爆预测开展了相应研究，重点研究了围岩板裂化破坏的形态特征、类型、数值计算的实现及其影响因素。论文主要内容包括以下几个方面： (1) 统计和整理了锦屏二级水电站隧洞内的围岩板裂化破坏形态，重点分析了围岩板裂化在隧洞断面不同方位上的三维分布特征，提出了板裂化形态的描述指标，总结了影响板裂化形态的因素和工程尺度板裂化的破坏机制；对现场板裂化岩爆的发生情况进行了统计，得到了板裂化形态描述指标和板裂化岩爆之间的关系，并根据现场板裂化岩爆的特征将其进行细分类，简要阐述了各类板裂化岩爆的发生过程和机制。 (2) 针对锦屏二级水电站工程现场的硬脆性大理岩，详细分析了其在单轴、常规三轴、真三轴等室内试验条件下的破裂形态，并通过破裂面断口形态特征揭示了试样破裂面的破裂机制，据此将大理岩脆性破坏分为张拉破坏、压剪破坏和张剪混合破坏三类；分析了弹性均质条件下，地下洞室开挖过程围岩内主应力值的变化规律，对照大理岩各破坏类型的应力条件分析了围岩各部位易发生的脆性破坏形式；结合锦屏二级水电站现场板裂化的形态特征，将板裂化破坏分为张拉型、剪切滑移型和张拉–剪切滑移型板裂化破坏三种；通过模型试验验证了剪切型板裂化形态的存在，试验结果与上述板裂化分类具有很好的一致性。 (3) 开展了大理岩试样的拉剪和压剪试验，分析了拉剪和压剪条件下试样破坏特征，获得了破裂面上剪应力–正应力的全段强度曲线，基于试验结果，对Mohr-Coulomb准则进行了修正，建立了考虑张拉剪切破坏机制和应力状态影响的板裂化力学模型，并将该模型嵌入FLAC3D程序进行数值计算。考虑岩体参数非均质，采用破坏接近度(FAI)表征板裂化破坏，建立了板裂化数值模拟方法，数值算例表明，所建立的数值模拟方法可以确定围岩不同部位的板裂化类型，且受网格尺寸大小影响较小，可适用于工程计算。 (4) 分别采用室内模型试验和数值模拟确定了不同因素对围岩板裂化破坏的影响规律。通过在模型试件中预制含不同孔径和不同断面形状的隧洞，揭示了洞室断面曲率半径对围岩板裂化的影响机制和规律；采用数值模拟给出了侧压系数、主应力方向、岩体空间变异性(岩体参数非均质和结构面产状)及开挖过程对围岩板裂化的影响规律，研究表明各影响因素均会影响不同类型板裂化的位置和范围。 (5) 基于可靠度理论中最易实现的蒙特卡洛法提出了板裂化岩爆的预测方法。以锦屏二级水电站试验支洞F的板裂化岩爆作为案例，通过数理统计方法获得岩体力学参数的概率分布，采用蒙特卡洛抽样方法抽取多组力学参数进行岩爆数值试验，数值计算结果与案例相符合，说明该方法可以很好地预测板裂化岩爆的发生。 关键词：岩石力学；深埋隧洞；硬脆性岩石；板裂化破坏；力学模型；影响因素；板裂化岩爆 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)11–2375–01 RESEARCHES ON MECHANISM OF ROCK SLABBING FAILURE AND ROCKBURST PREDICTION IN THE DEEP TUNNEL LU Jingjing (State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics， Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430071，China)

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深埋分离式隧洞围岩的破裂变形特性研究

深埋分离式隧洞围岩的破裂变形特性研究

深埋分离式隧洞围岩的破裂变形特性研究

发表时间：2020-12-31T12:34:10.347Z 来源：《建筑实践》2020年8月22期 作者： 韩珲

[导读] 分离式隧洞是高速公路隧洞常见的结构形式，当隧洞附近分布有节理裂隙时

韩珲

泛华建设集团有限公司南京设计分公司 江苏南京 210000

摘要：分离式隧洞是高速公路隧洞常见的结构形式，当隧洞附近分布有节理裂隙时，围岩的破裂变形程度显著增大。本文利用PFC建立了分离式隧洞模型，研究了不含节理、含节理和隧洞穿过节理三种工况下围岩的破裂规律。节理岩体隧洞开挖后，岩体的破裂分为两个

阶段：第一阶段是节理裂隙的进一步扩展阶段，此时围岩损伤程度较小；第二阶段是围岩中的微裂纹向节理汇聚的阶段，若不加以控制围

岩将发生大规模的坍塌。认为在进行支护结构设计时，开挖初期应采用锚杆控制岩体的剪切滑移，同时利用衬砌减小围岩的变形量。当隧

洞穿越节理裂隙等结构面时，由于节理岩体的剪切滑移引起围岩非均匀变形，支护结构易发生剪切破坏，因此需要提高支护结构的强度。

关键词：分离式隧洞、节理、围岩损伤、PFC

Study on fracture and deformation characteristics of surrounding rock of deep buried separated tunnel Hanhun Fanhua Construction Group Co., Ltd. Nanjing Design Branch Jiangsu Nanjing 210000 Abstract: Separated tunnel is a common structural form of expressway tunnel. When there are joints and cracks around the tunnel, the degree ofrupture and deformation of surrounding rock increases significantly. In this paper, a separate tunnel model is established by PFC, and the failure lawsof surrounding rocks under three working conditions including no joints, containing joints and the tunnel passing through joints are studied. After thetunnel excavation of jointed rock mass, the fracture of rock mass is divided into two stages: the first stage is the further expansion stage of jointed rockmass and the degree of surrounding rock damage is relatively small; The second stage is the stage where the micro-cracks in the surrounding rockconverge to the joints. If the rock is not controlled, large-scale collapse will occur. It is suggested that bolt should be used to control the shear slip ofrock mass, and lining should be used to reduce the deformation of surrounding rock. When the tunnel crosses the structural planes such as joints andcracks, the supporting structure is liable to shear failure due to non-uniform deformation caused by shear slip of the jointed rock mass, so it is necessaryto improve the strength of the supporting structure. Keywords: separated tunnel; joints; surrounding rock damage; PFC

深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测

深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测

深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测

刘建忠

【摘 要】采用有限元软件，数值模拟分析了相同侧压系数、不同埋深工况下的深埋隧洞围岩应力变化规律，初步判别了岩爆可能性及岩爆发生部位，对隧洞的设计及施工过程中岩爆的防治具有一定的指导作用。%Through applying finite

element software, the paper makes a numerical simulation analysis on

changing law of the surrounding rock stress in deep tunnel under the

working the condition of same lateral pressure coefficient and different

depth, and prehminarily identifies the rock blasting possibility and possible

rock blasting position, which has certain guiding role for preventing rock

blasting in the tunnel design and con- struction process.

【期刊名称】《山西建筑》

【年(卷),期】2012(038)014

【总页数】2页(P166-167)

【关键词】数值模拟;深埋隧洞;围岩应力;岩爆预测

【作 者】刘建忠

【作者单位】内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司,内蒙古呼和浩特O10050

【正文语种】中 文

【中图分类】U455.6

0 引言

随着国家基础设施投入的不断增加，大量的地下工程开工建设，地下洞室围岩稳定性问题越来越为人们所关注。而隧洞开挖过程中出现的岩爆灾害更是很大程度上影响着围岩的稳定性，岩爆不仅严重威胁施工人员及设备的安全、影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效等问题，严重时还会诱发地震。已经成为硬岩隧道勘测设计及施工组织中必须考虑的重要问题之一，并受到各国相关学者的广泛关注［1］。

深埋长隧洞灾害机理及判据研究

深埋长隧洞灾害机理及判据研究

深埋长隧洞灾害机理及判据研究

一、绪论

话说这世界上，总有些事情让人防不胜防。比如说深埋在地下的长隧洞，它看似平静无波，却暗藏着无数的危机。这些危机有时候是悄无声息地来临，有时候又是猝不及防地爆发。那么我们该如何应对这些潜在的灾害呢？这就需要我们深入研究深埋长隧洞的灾害机理及判据。

深埋长隧洞的灾害机理，其实就是指那些可能导致隧道破坏或人员伤亡的因素。这些因素有很多，比如地质条件、地下水、气候条件等等。而要判断这些因素是否会导致灾害，就需要我们建立一套科学的判据体系。这套体系既要考虑到各种因素的可能性，也要考虑到它们之间的相互作用。只有这样我们才能真正做到防患于未然。

当然研究深埋长隧洞的灾害机理及判据，并不是一件容易的事情。这需要我们具备扎实的理论基础，丰富的实践经验，还要有敢于探索的精神。同时我们还要学会与时俱进，紧跟科技的发展步伐。只有这样我们才能在这个充满挑战的领域取得突破性的成果。

深埋长隧洞的灾害机理及判据研究是一项重要的课题，它关系到人们的生命财产安全，也关系到国家的经济建设。因此我们必须高度重视这项工作，投入更多的人力物力进行研究，为我国隧道工程的安全发展提供有力的保障。

1. 研究背景和意义

随着我国经济的快速发展，基础设施建设日益壮大，长隧洞作为一种重要的地下工程形式，广泛应用于交通、水利、能源等领域。然而长隧洞在施工过程中，由于地质条件、设计施工等多种因素的影响，往往存在一定的安全隐患。特别是在地下水、地震等自然灾害作用下，长隧洞极易发生塌方、突水、渗漏等灾害事故，给人们的生命财产安全带来极大的威胁。因此研究深埋长隧洞灾害机理及判据，对于提高长隧洞工程的安全性能、降低灾害风险具有重要的现实意义。

首先研究深埋长隧洞灾害机理及判据有助于揭示长隧洞在不同地质条件下的灾害风险。通过对典型地区长隧洞工程的实地调查和室内试验，可以系统地分析长隧洞在地下水、地震等自然灾害作用下的动力响应特性，从而为工程设计提供科学的依据。同时研究成果还可以为长隧洞工程的风险评估提供参考，帮助工程部门制定合理的防灾减灾措施。

隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测

隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测

隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测

隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测

隧道工程是一项复杂而又危险的工程，其中一个重要的问题就是如何预测和控制岩爆和构造活动。岩爆和构造活动是指在隧道开挖过程中，由于地质条件的复杂性和不确定性，导致岩石的破裂、坍塌和移动等现象。这些现象不仅会对隧道工程造成损害，还会对施工人员的生命安全造成威胁。因此，岩爆和构造活动的分析与预测对于隧道工程的安全和顺利进行至关重要。

岩爆是指在岩石中存在的能量积累到一定程度时，由于压力等因素的影响，导致岩石瞬间释放能量，并产生爆炸效应的现象。岩爆的发生不仅会对隧道工程造成直接损害，还会产生巨大的冲击波和飞石，对施工人员的生命安全造成严重威胁。因此，对于岩爆的分析与预测是隧道工程中必不可少的一项工作。

岩爆的分析与预测需要综合考虑多种因素，包括地质条件、岩石物性、地应力状态、开挖方式等。其中，地质条件是影响岩爆发生的最主要因素之一。地质条件复杂、地层变化剧烈的地区容易发生岩爆。此外，岩石物性也是影响岩爆发生的重要因素之一。岩石物性不同，其抗压强度和断裂韧度也不同，从而影响了岩爆的发生概率和规模。地应力状态也是影响岩爆发生的重要因素之一。当地应力状态较大时，岩石中的应变能量会积累得更多，从而增加了岩爆发生的概率。最后，开挖方式也是影响岩爆发生的重要因素之一。不同的开挖方式会对地层产生不同的影响，从而影响了岩爆发生的概率和规模。

针对岩爆的分析与预测，目前主要采用了多种方法。其中，最常用的方法是基于经验公式的预测方法。这种方法通过对已有的实际工程数据进行统计和分析，得出了一系列与地质条件、开挖方式等有关的经验公式，从而可以预测出隧道开挖过程中可能发生的岩爆情况。此外，还有一些基于数值模拟的方法，如有限元法、离散元法等。这些方法可以通过建立数学模型来模拟隧道开挖过程中可能发生的各种情况，并进行预测和分析。

除了岩爆外，构造活动也是隧道工程中需要考虑的一个重要问题。构造活动是指在隧道开挖过程中，由于地质构造条件的复杂性和不确定性，导致地层的变形、位移等现象。这些现象不仅会对隧道工程造成损害，还会对施工人员的生命安全造成威胁。因此，对于构造活动的分析与预测也是隧道工程中必不可少的一项工作。