深埋隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂特征及影响因素

›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (9): 2690-2698.

深埋隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂特征及影响因素

张文举^{1, 2}，卢文波^{1, 2}，杨建华^{1, 2}，严鹏^{1, 2}，陈明^{1, 2}

1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072；2. 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室，武汉 430072)

收稿日期:2013-04-27 出版日期:2013-09-11 发布日期:2013-09-13
通讯作者: 卢文波，男，1968年生，博士，教授，博士生导师，主要从事岩石动力学方面的研究工作。E-mail: wblu@whu.edu.cn E-mail: zwj@whu.edu.cn
作者简介:张文举，男，1984年生，博士研究生，主要从事水工岩石力学及水利水电工程施工技术方面的研究工作。
基金资助:
973计划基础研究项目(No. 2011CB013501)；国家杰出青年基金项目(No. 51125037)。

Cracking characteristics and influential factors of surrounding rocks induced by excavation unloading in deep tunnel

ZHANG Wen-ju^{1, 2}，LU Wen-bo^{1, 2}，YANG Jian-hua^{1, 2}，YAN Peng^{1, 2}，CHEN Ming^{1, 2}

1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Received:2013-04-27 Online:2013-09-11 Published:2013-09-13

摘要/Abstract

摘要： 通过理论分析和数值计算研究深埋地下隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂，并分别对准静态和瞬态开挖缷荷引起的围岩开裂机制与开裂特征进行分析。采用双向受压条件下的压剪裂纹扩展模型和应力强度因子计算公式，分析了开挖面上岩体应力瞬态释放和围岩应力瞬态调整对围岩开裂过程的影响，并分别对准静态和瞬态卸荷引起的围岩开裂机制及影响因素进行探讨。研究结果表明，围岩开挖缷荷是深埋隧洞围岩发生开裂的重要原因之一，高地应力条件下围岩以剪切型断裂破坏为主；瞬态卸荷存在动态拉应力效应，开挖卸荷时间越短，引起的拉应力区及围岩开裂范围越大；围岩开裂深度及范围随着侧压力系数增加而增大，且开裂区近似成V型。深埋隧洞围岩开裂特征及影响因素研究，对进一步认识围岩开挖破坏的力学机制具有重要的意义。

关键词: 开裂机制, 瞬态卸荷, 断裂判据, 应力强度因子, 围岩

Abstract: Through the theoretical analysis and numerical calculation, cracking of surrounding rocks in deep tunnel induced by excavation unloading is studied. The cracking mechanisms and their characteristics of quasi-static and transient unloading under high in-situ stress are discussed respectively. For a case of deep circular tunnel the effect of this transient process on cracking of surrounding rocks is investigated by adopting an initiation model of crack under biaxial compression, and revised stress intensity factor is taken as cracking criterion. The analysis results show that the stress of unloading is a significant cause of surrounding rock cracking; the tensile stress zone exists under transient unloading; and the tensile stress plays an important role in the surrounding rock cracking under high in-situ stress; the less the duration of excavation unloading is, the larger the tensile zone and cracking range will be. The cracking depth and range increase with increasing lateral pressure coefficient; and the cracking region is approximately in V-shape. This study may be of great significance for further understanding the failure mechanism of surrounding rocks.

Key words: cracking mechanism, transient unloading, fracture criterion, stress intensity factor, surrounding rock

中图分类号:

O 319.56

张文举，卢文波，杨建华，严鹏，陈明 . 深埋隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂特征及影响因素[J]. , 2013, 34(9): 2690-2698.

ZHANG Wen-ju ，LU Wen-bo ，YANG Jian-hua ，YAN Peng ，CHEN Ming , . Cracking characteristics and influential factors of surrounding rocks induced by excavation unloading in deep tunnel[J]. , 2013, 34(9): 2690-2698.

参考文献

相关文章 15

[1]	蒋中明, 李鹏, 赵海斌, 冯树荣, 唐栋, . 压气储能浅埋地下储气库性能试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 235-241.
[2]	翁永红, 张练, 徐唐锦, 黄书岭, 丁秀丽, . 高水头下大型导流洞新型堵头-围岩相互作用规律与安全评价[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 242-252.
[3]	郑帅, 姜谙男, 张峰瑞, 张勇, 申发义, 姜旭东、. 基于机器学习与可靠度算法的围岩动态分级方法及其工程应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 308-318.
[4]	宫凤强, 伍武星, 李天斌, 司雪峰, . 深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2085-2098.
[5]	杨石扣, 张继勋, 任旭华, . 基于改进数值流形法的接触裂纹问题研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2016-2021.
[6]	高青鹏, 曹平, 王飞, 王柱. 压剪作用下多节理类岩试样力学性质及破坏判据[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1013-1022.
[7]	王登科, 孙刘涛, 魏建平, . 温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 529-538.
[8]	崔琦, 侯建国, 宋一乐. 抽水蓄能电站地下厂房围岩约束及结构振动特性分析 [J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 809-817.
[9]	侯公羽, 梁金平, 荆浩勇, 胡涛, 张广东, 谭金鑫, 杨希, 张永康, . 三轴作用下的小型围岩试件在开挖卸荷过程中的声发射特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4564-4572.
[10]	蒋雄, 徐奴文, 周钟, 侯东奇, 李昂, 张敏, . 两河口水电站母线洞开挖过程围岩破坏机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 305-314.
[11]	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.
[12]	程桦, 彭世龙, 荣传新, 孙泽辉, . 千米深井L型钻孔预注浆加固硐室围岩数值模拟及工程应用[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 274-284.
[13]	孙明社，马涛，申志军，吴旭，王梦恕，. 复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究[J]. , 2018, 39(S1): 437-445.
[14]	谷拴成，周攀，黄荣宾. 锚杆–围岩承载结构支护下隧洞稳定性分析[J]. , 2018, 39(S1): 122-130.
[15]	侯公羽，李小瑞，梁洪垚，梁金平，周蒙辉，崔永科，. 高强石膏材料配比研究及其在围岩试件(厚壁圆筒) 开挖卸荷试验中的应用[J]. , 2018, 39(S1): 159-166.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed