第６４卷第２期 有 色 金 属（矿山部分） ２０１２年３月
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—４１７２．２０１２．０２．００９
有分区破裂化倾向的深部巷道围岩支护分析
朱德康，左宇军，陈春春
（大连大学材料破坏力学数值试验研究中心，辽宁大连１１６６２２）
摘要：在分析总结巷道围岩分区破裂机理研究现状的基础上，阐述了深部岩体特性对巷道破坏和支护的影 响，探讨了现有支护荷载理论用于深部岩体工程的局限性。进一步分析了深部巷道支护方法对有分区破裂化倾向 的深部巷道围岩的适用性，并针对深部工程的复杂物理力学特性和地质环境条件，提出了动态联合支护理念。 关键词：分区破裂机制；支护荷载理论；加固；动态联合支护 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—４１７２（２０１２）０２—００３４—０５
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｅｅｐ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｗｉｔｈ
ｚｏｎａ１ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｅｎｄｅｎｃｙ
ＺＨＵ Ｄｅｋａｎｇ，ＺＵＯ Ｙｕｊ ｕｎ，ＣＨＥＮ Ｃｈｕｎｃｈｕｎ （Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｆａｉｌｕｒｅ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１６６２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｎ ｚｏｎａｌ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｄｅｅｐ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｅｅｐ ｒｏｃｋ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｎ ｒｏａｄｗａｙ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓｕｐ— ｐｏｒｔｉｎｇ ｌｏａｄ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｄｅｅｐ ｒｏｃｋ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｄｅｅｐ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｗｉｔｈ ｚｏｎａｌ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｄｕｅ ｔＯ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｄｅｅｐ ｒｏｃｋ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｚｏｎａｌ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｌｏａｄ ｔｈｅｏｒｙ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ
1
2010-973计划项目
项目名称： 深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论
首席科学家： 冯夏庭 中国科学院武汉岩土力学研究所
起止年限： 2010年1月-2014年8月
依托部门： 中国科学院
2 一、研究内容
1、拟解决的关键科学问题
根据国家重大需求、国际科学前沿和国内外研究现状，本项目紧密围绕深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论的基础研究，从多学科交叉的视角，凝练出拟解决的四个关键科学问题。
科学问题一：深部岩体结构与地应力特征及其对灾害的控制作用
深部岩体的物质性、结构性及赋存性是有别于其它材料的本质特征。深部岩体的“三性”及其相互关系是控制深部工程灾害的关键因素。就“物质性”而言，本项目的研究对象是深部硬岩；就“结构性”而言，深部工程岩体结构和地质缺陷具有高度的隐蔽性、不确定性和时空变异性。因此，如何识别深部岩体的地质特征成为需要研究的首要关键问题，比如，如何采用弹性波正反演理论、瞬变电磁波反演理论以及这两种方法的综合方法，解译并识别岩体结构及相关构造，等等。为合理表征岩体结构特征，需要综合深部岩体探测结果与基于围岩表面岩体结构精确测量结果，建立考虑体积密度、空间RQD和几何分布特征的三维岩体结构参数化模型。同时，需要研究高应力强卸荷作用下岩体结构时空演化规律、岩体力学行为的结构控制、结构与应力协调控制和结构控制转化为应力控制的机制、条件和模型。
针对深部岩体的“赋存性”，需要研究岩体复杂的应力环境特征及高精度的测试方法；重点需要揭示具有强烈构造活动特征的工程区地应力场形成机制，建立考虑强烈构造活动和复杂地形地貌形成过程以及非线性边界条件的深部长大工程区三维地应力场反演理论；需要研究高应力强卸荷作用下深部工程围岩应力场演化过程的分析方法，建立典型深埋长大工程区的三维地应力场形成与开挖扰动引起的演化模型。
本科学问题的研究为深部重大工程灾害的孕育演化机制、时空预测与调控理论研究提供必要的地质模型、应力模型及其相关数据。
深部岩体动力变形与破坏基本问题
李 杰１，２，王明洋 ，张 宁 ，范鹏贤
（１．中国人民解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，南京２１０００７ ２．南京理工大学机械工程学院，南京２１００９４）
【摘要】深部岩体非线性力学行为是目前岩石力学界研究的重点和难点，研究的困难在于在很大的动力变形 与破坏情况下如何阐述岩体的性质。本文通过对深部围岩变形破坏机理、深部岩体动力破坏过程中的基本问 题（时间效应、断裂损伤描述等）以及深部岩体特征科学现象（分区破裂、岩爆理论）等方面的研究成果进行梳 理和总结，指出深部岩体力学问题是有效的四维空间问题，是在开挖寿命尺度上应力状态的演化，对深部围岩 变形破坏机理的研究必须要建立与时间、空间有关的岩石性质的概念。目前要揭示深部岩体卸荷状态下真实 的变形与破坏过程，必须继续在连续介质力学框架内研究基于微、细观物理力学的理论，在强度理论中引入时 间参数作为塑性流动和破坏过程的特征，并采用合理的手段描述岩体的断裂损伤，岩爆和分区破裂是一个科 学问题的两个现象，应当用统一的理论来解释和模拟，本文研究成果可为今后的研究工作指明方向。 【关键词】深部岩体；动力破坏；时间效应；断裂损伤；岩爆；分区破裂 【中图分类号】ＴＵ４５２【文献标识码】Ａ【文章编号】１００９一ｌ７４２（２Ｏ１３）Ｏ５—００７１—０９
１前言
随着经济与国防建设的发展，地下空间开发不 断走向深部，如深逾千米乃至数千米的矿山、大型
水电工程的引水隧道、核废料的深层地质处置、深
地下防护工程、石油战略储存工程等。伴随着工程 埋深的增加，出现了一些与浅部岩体显著不同的非
线性变形破坏现象，如分区破裂、岩爆、超低摩擦 等，对现有的岩石力学理论与实践提出了巨大的挑
战 ’＇ 。 深部岩体是长期赋存于高地应力环境中的地
质体，它过去的历史必将一直影响岩体现在和未来 的行为 。深部岩体非线性力学行为尽管已受到国
内外学者的广泛关注，但目前还远未得到解决。研 究的困难不仅在于如何确定深部岩体固有的非均
水利水电技术第３３眷２００２每第１１期
开挖扰动作用下强卸荷风化层状岩体的
变形特性及动态仿真反演分析
宋战平 ，王 昆 ，李 宁
（１．西安理工大学岩土工程研究所，陕西西安 ７１００４８；
２．四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川都江堰 ６１ １８３０）
【摘 要】 由于紫坪铺水利枢纽工程 ２导流洞进口强卸荷风化围岩软弱破碎、稳定性差，因此探讨其内部围岩在开挖
扰动影响下的变形特征，合理确定围岩强度力学参数对工程设计和施工有一定的指导作用．以导流洞进口强卸荷风化带
围岩内部位移观测资料为基础，分析了围岩内部的变形规律，并根据此观测资料，对强卸荷风化带围岩进行了强度力学参
数仿真反演分析，提出了该段围岩较合理的宏观强度力学参数，为支护结构的设计和施工提供参考． 【关键词】 强卸荷风化层状岩体；变形规律；内部位移监测；仿真反演分析；强度力学参数；紫坪铺水利枢组工程
中图分类号：ＴＶ２２３（２７１） 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—０８６０（２００２）１１—００３３—０４
１ 引 言
紫坪铺水利枢纽工程 １、 ２导流洞地质条件差，构造复杂，
岩性较差，节理裂隙发育，尤其是 ２导流洞．就 ２导流洞进门
段而言，该段围岩破碎，且处于强风化卸荷带，围岩本身力 性 态复杂，受力变形规律不易预测，支护比较困难．为对该段围岩
不同深度的位移进行测量，探讨分析强风化卸荷带围岩内部的
位移变化规律，确定开挖过程中松动区影响范围，为芰护设｝ｆ提
供台理、有效的参数，西安理工大学紫坪铺工程监测组采用超前
预埋监测方式，对 ２导流洞人口围岩内部位移随洞内施工掌ｆ面 时空变化的全过程进行了跟踪观测．本文对 ２导流洞进口段强
风化卸荷带岩体内部变形观测资料进行了综台分析．在此基础
以现场量测的位移变化量作为基本信息，根据工程实际建立，Ｊ学 模型．反演分析能综合反映该段地层性状和结构稳定性指怀的、
能为开挖施工和支护设计提供较台理的岩体强度力学参数 ．
