岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (9): 2556-2568.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0194

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高应力下柱状节理玄武岩应力−结 构型塌方机制分析

张建聪1, 2,江权1, 2,郝宪杰1, 2,丰光亮1, 2,李邵军1, 2,汪志林3,樊启祥3, 4   

  1. 1. 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;2. 中国科学院大学,北京 100049; 3. 中国三峡建设管理有限公司,四川 成都 610041;4. 中国华能集团有限公司,北京 100031
  • 收稿日期:2020-01-27 修回日期:2021-04-23 出版日期:2021-09-10 发布日期:2021-08-31
  • 通讯作者: 江权,男,1978年生,博士,研究员,主要从事地下工程数值模拟、大型洞室群稳定性分析、工程地质灾害治理等方面的研究工作。 E-mail: qjiang@whrsm.ac.cn E-mail:zhangjiancong15@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:张建聪,男,1991年生,博士,主要从事节理岩体力学特性及地下洞室群稳定性分析等方面研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.U1965205,No.51779251)和中国科学院国际伙伴计划(No.115242KYSB20160017)

Analysis of stress-structural collapse mechanism of columnar jointed basalt under high stress

ZHANG Jian-cong1, 2, JIANG Quan1, 2, HAO Xian-jie1, 2, FENG Guang-liang1, 2, LI Shao-jun1, 2, WANG Zhi-lin3, FAN Qi-xiang3, 4   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. China Three Gorges Construction Management Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610041, China; 4. China Huaneng Group Co., Ltd., Beijing 100031, China
  • Received:2020-01-27 Revised:2021-04-23 Online:2021-09-10 Published:2021-08-31
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(U1965205, 5177925) and the International Partnership Program of Chinese Academy of Sciences(115242KYSB20160017).

摘要: 柱状节理玄武岩作为一种含特殊节理网络结构的密集节理岩体,其高强度“玄武岩岩块”和特定“优势节理”的二元结构体在高应力下开挖卸荷后极易发生节理面的松弛、张开与滑移,以及柱体破坏解体而导致灾害性塌方,严重制约了高应力大型地下工程安全建设。针对我国在建最大的白鹤滩水电站左岸厂房洞群尾水连接管柱状节理玄武岩多处塌方工程难题,结合现场调查、声波测试、钻孔摄像观测和三维数值反分析,多角度揭示了高地应力下柱状节理岩体应力?结构型塌方特征和灾变形成机制,并提出了相应的开挖与支护控制措施。分析表明:高应力下柱状节理岩体塌方的本质是洞室开挖后围岩应力重分布、柱状节理玄武岩强烈卸荷松弛引起其柱间节理面的张开和结构劣化,进而导致玄武岩柱体折断解体,从而诱发岩体持续的卸荷松弛→渐进塌方链式灾变过程。这一现场测试与分析认识可为深部/高应力下同类密集节理岩体的变形破坏预测与控制研究提供借鉴。

关键词: 高应力, 柱状节理岩体, 应力-结构型塌方, 现场测试, 数值分析

Abstract: Columnar jointed rock mass with unique joint network structure is a special type of jointed rock mass, which is a binary structure composed of high strength "basalt block" and specific "dominant joint". Relaxation, opening and slippage of columnar jointed surfaces and disintegration of columns occur easily during excavation under high ground stress, which eventually lead to disastrous collapses in columnar jointed rock mass. The construction safety of underground engineering under high stress is severed restricted by it. By combining acoustic wave, borehole camera and other integrated in-situ testing technology and numerical simulation, the mechanism of stress-structural collapse in columnar jointed rock mass under high stress is studied based on multiple columnar jointed rock mass collapses at left bank tailwater connection pipe of Baihetan hydropower station. The proposed controlling measures of excavation and support are also provided. The key of columnar joined rock mass collapse is the redistribution of stress in surrounding rock mass after the excavation and the strong unloading relaxation of columnar joined basalt, which causes the opening of its internal joint surfaces and structural deterioration, result in the disintegration of basalt columns. Thus, the chain catastrophic process of continuous unloading relaxation and progressive collapse of columnar jointed rock mass is induced. The research can provide reference for the prediction and control of deformation and failure of jointed rock masses in underground engineering under high geo-stress.

Key words: high-stress, columnar jointed rock mass, stress-structural collapse, in-situ test, numerical analysis

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