岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (12): 4093-4104.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0847

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考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用

裴书锋1, 2，赵金帅2, 3，于怀昌1，刘国锋2, 4，夏跃林2，张頔2，徐进鹏5   

  1. 1. 华北水利水电大学 地球科学与工程学院，河南 郑州 450046；2. 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；3. 江苏大学 土木工程与力学学院，江苏 镇江 212013；4. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064； 5. 中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610041
  • 收稿日期:2020-06-19 修回日期:2020-08-20 出版日期:2020-12-11 发布日期:2021-01-18
  • 通讯作者: 于怀昌，男，1978年生，博士，教授，主要从事岩石力学与工程方面的研究。E-mail：yuhuaichang@ ncwu.edu.cn E-mail:peishufeng@ncwu.edu.cn
  • 作者简介:裴书锋，男，1986年生，博士，讲师，主要从事深部岩石力学与工程方面的研究。
  • 基金资助:
    河南省自然科学基金（No.202300410269）；华北水利水电大学高层次人才科研启动项目（No.201912015）；河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目（No.192102310007）。

Inversion method for local in situ stress considering stress-induced damage of cavern surrounding rock and its application

PEI Shu-feng1, 2, ZHAO Jin-shuai2, 3, YU Huai-chang1, LIU Guo-feng2, 4, XIA Yue-lin2, ZHANG Di2, XU Jin-peng5   

  1. 1. College of Geosciences and Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, Henan 450046, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 3. Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013, China; 4. School of Highway, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710064, China; 5. China Three Gorges Construction Management Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610041, China)
  • Received:2020-06-19 Revised:2020-08-20 Online:2020-12-11 Published:2021-01-18
  • Supported by:
    This work was supported by the Natural Science Foundation of Henan Province(202300410269), the Startup Foundation for Distinguished Scholars of North China University of Water Resources and Electric Power(201912015) and the Key R&D and Promotion Projects in Henan Province(Technical Research) (192102310007).

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摘要： 介绍了一种考虑地下洞室片帮、钻孔剥落等岩体应力型破坏特征为信息源，通过数值模拟智能反演方法预测高应力大型地下洞室群围岩局部应力场的新思路。该方法将地下洞室群片帮、钻孔剥落等应力型破坏的位置、深度或者宽度进行定量描述，以弹性模型计算获得的常偏应力大于岩体启裂强度的范围来表示应力型破坏范围，通过分析实测地应力数据约束部分地应力数量，然后采用智能数值反演方法得到其他的地应力分量。采用该方法预测了白鹤滩水电站右岸地下厂房0+76断面附近围岩地应力场，反演获得最大主应力在34 MPa左右。通过其他部位岩体破裂的数值模拟和观测结果对比，验证了地应力场预测的合理性。

关键词: 地下洞室, 高地应力, 应力型破坏, 地应力反演, 数值反演

Abstract: A new method is proposed for predicting the in situ stress of local surrounding rock of large underground cavern group in high stress, various stress-induced fracturing, such as spalling of caverns and borehole breakouts are considered as the inversion information. This method quantitatively describes the location, depth or width of stress-type failure such as sheet wall and hole spalling of underground caverns, represent by the range of constant deviatoric stress greater than crack initiation stress of rockmass according to the elastic model calculation. The value or direction of local in-situ stress could be constrained based on the law of the measured geo-stress data, and the other in situ stress component are predicted by simulation modeling intelligent inversion method. This method is applied to predict the natural stress of rockmass near chainage 0+76 of the right bank underground powerhouse of Baihetan hydropower station. The predicted maximum principal stress is about 34 MPa, and the prediction rationality of in situ stress is verified by fracturing characteristics in other position through comparison of numerical simulation and field observation.

Key words: underground cavern, high in situ stress, stress-induced damage, in situ stress inversion, numerical simulation inversion

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[1] 王川, 冷先伦, 李海轮, 李刚, . 节理分布空间变异的地下洞室稳定性概率分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 224-232.
[2] 李新平, 边兴, 罗忆, 吕均琳, 任高峰, . 地下洞室边墙爆破振动传播衰减规律研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2063-2069.
[3] 姚仰平, 黄建, 张奎, 崔光祖. 机场高填方蠕变沉降的数值反演预测[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3395-3404.
[4] 陈卫忠, 田 云, 王学海, 田洪铭, 曹怀轩, 谢华东, . 基于修正[BQ]值的软岩隧道挤压变形预测[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3125-3134.
[5] 崔光耀, 祁家所, 王明胜, . 片理化玄武岩隧道围岩大变形控制现场试验研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 231-237.
[6] 颜天佑，崔 臻，张勇慧，张传健，盛 谦，李建贺，. 跨活动断裂隧洞工程赋存区域地应力场分布特征研究[J]. , 2018, 39(S1): 378-386.
[7] 崔 臻，盛 谦，冷先伦，罗庆姿,. 地下洞室地震动力响应的岩体结构控制效应[J]. , 2018, 39(5): 1811-1824.
[8] 张建海，王仁坤，周 钟，郑 路，张 茹，谢和平, . 高地应力地下厂房预应力锚索预紧系数[J]. , 2018, 39(3): 1002-1008.
[9] 刘国庆，肖 明，周 浩. 地下洞室预应力锚索锚固机制及受力特性分析[J]. , 2017, 38(S1): 439-446.
[10] 范 勇，卢文波 ，周宜红，冷振东，严 鹏，. 一种高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测模型[J]. , 2017, 38(4): 1082-1088.
[11] 符贵军，张思渊，张玉军. 一种双重孔隙-裂隙岩体流变模型及其在地下洞室有限元分析中的应用[J]. , 2017, 38(2): 601-609.
[12] 梁 宁，伍法权，王云峰，包 含, . 大埋深高地应力关山隧道围岩变形破坏分析[J]. , 2016, 37(S2): 329-336.
[13] 李培超，徐振华. 有限二维饱和多孔介质因载荷诱发 Biot固结的解析解[J]. , 2016, 37(9): 2599-2602.
[14] 邓 建，肖 明，谢冰冰, . 预应力锚索受力特性与初始张拉吨位优化分析[J]. , 2016, 37(8): 2359-2365.
[15] 周 浩 ，肖 明 ，陈俊涛 , . 大型地下洞室全长黏结式岩石锚杆锚固机制研究及锚固效应分析[J]. , 2016, 37(5): 1503-1511.
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[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 荣 冠，王思敬，王恩志，刘顺桂. 白鹤滩河谷演化模拟及P2β3玄武岩级别评估[J]. , 2009, 30(10): 3013 -3019 .
[3] 刘 晓，唐辉明，罗红明，陈守义. 对滑坡防治工程相关规范中渗流问题的研究[J]. , 2009, 30(10): 3173 -3180 .
[4] 贾宇峰，迟世春，林 皋. 考虑颗粒破碎影响的粗粒土本构模型[J]. , 2009, 30(11): 3261 -3266 .
[5] 孔位学，芮勇勤，董宝弟. 岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨[J]. , 2009, 30(11): 3278 -3282 .
[6] 周火垚，施建勇. 饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3291 -3296 .
[7] 刘小文，常立君，胡小荣. 非饱和红土基质吸力与含水率及密度关系试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3302 -3306 .
[8] 翟聚云，卫国祥. 干密度对非饱和膨胀土水分迁移参数的影响[J]. , 2009, 30(11): 3337 -3341 .
[9] 谭晓慧，王建国，冯敏杰，毕卫华. 土钉支护结构可靠度分析的电子表格法[J]. , 2009, 30(11): 3447 -3452 .
[10] 王 飞，王 媛，倪小东. 渗流场随机性的随机有限元分析[J]. , 2009, 30(11): 3539 -3542 .
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