›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (9): 2673-2684.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于厚壁筒三维解析模型的深部洞室围岩分区破裂化机制研究

鲁建荣   

  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,武汉 430071
  • 收稿日期:2013-01-03 出版日期:2014-09-10 发布日期:2014-09-16
  • 作者简介:鲁建荣,男,1984年生,硕士,主要从事岩土孔隙介质变形和水力压裂方面的研究工作
  • 基金资助:

    科技部国际科技合作计划项目(No. 2012DFG61510)

Mechanism of zonal disintegration within surrounding rock of deep tunnel based on 3D analytical model of thick-walled cylinder

LU Jian-rong   

  1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
  • Received:2013-01-03 Online:2014-09-10 Published:2014-09-16

摘要: 为研究深部洞室围岩的分区破裂化机制,建立了厚壁筒三维线弹性解析模型。逐步减小厚壁筒均布内压,模拟洞室静力开挖。逐步增加厚壁筒轴向均布压力,模拟洞室开挖导致洞室轴向应力集中。逐步增加厚壁筒外周非均布压力系数,模拟洞室开挖导致洞室水平应力的重分布和集中效应。根据弹性力学知识和边界条件,确定洞室开挖引起的弹性应力场、应变场及位移场。从拉压域、应变梯度及径向压拉蓄能等3个方面入手,分别研究了内压静力卸荷、水平应力重分布、围压均匀部分及轴压对深部洞室围岩分区破裂的作用机制。结果表明:径向弹性拉伸能和径向弹性压缩能的相对变化反映了围岩能量释放速率和释放量。水平应力重分布和轴压是围岩出现分区破裂现象的主要因素,但两者作用机制不同。该模型可为研究高地应力深部洞室围岩破坏提供一个较统一的理论工具,也为深部工程设计提供了理论依据。

关键词: 岩石力学, 厚壁筒, 三维解析模型, 深部岩体, 分区破裂化

Abstract: In order to investigate the zonal disintergration of surrounding rock in deep tunnel, a 3D linear elastic model is built based on linear elastic theory of thick-walled cylinder. The internal wall of model is subjected to decreasing uniform pressure to simulate the processes of cavern static excavation. The end of model is subjected to increasing uniform pressure to simulate the stress concentration effect which causes by cavern static excavation. The external wall of model is subjected to increasing pressure to simulate the stress concentration effect and stress redistribution which caused by cavern static excavation. Based on the elasticity theory and boundary conditions, the stress field, strain field and displacement field around circular opening induced by excavation are determined. We address the following features of the model: tension-compression region, strain gradient, elastic energy of compression and tension from decreasing uniform internal pressure, increasing stress redistribution and increasing uniform external pressure and axial pressure. The results show that the relative change between elastic energy of tension and elastic energy of compression would like to reflect energy release rate and quantity during the processes of cavern static excavation. The stress redistribution and axial pressure are the main factors leading to zonal disintegration. The model provides theoretical basis to study failure of surrounding rock in deep tunnel.

Key words: rock mechanics, thick-walled cylinder, 3D analytical model, deep rock mass, zonal disintegration

中图分类号: 

  • U 452
[1] 张艳博, 孙林, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 刘祥鑫, . 花岗岩破裂过程声发射关键信号时 频特征试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 157-165.
[2] 大久保诚介, 汤 杨, 许江, 彭守建, 陈灿灿, 严召松, . 3D-DIC系统在岩石力学试验中的应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3263-3273.
[3] 张艳博, 梁鹏, 孙林, 田宝柱, 姚旭龙, 刘祥鑫, . 单轴压缩下饱水花岗岩破裂过程声发射 频谱特征试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2497-2506.
[4] 马秋峰, 秦跃平, 周天白, 杨小彬. 多孔隙岩石加卸载力学特性及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2673-2685.
[5] 田军, 卢高明, 冯夏庭, 李元辉, 张希巍. 主要造岩矿物微波敏感性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2066-2074.
[6] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2239-2246.
[7] 苏国韶, 燕思周, 闫召富, 翟少彬, 燕柳斌, . 真三轴加载条件下岩爆过程的声发射演化特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1673-1682.
[8] 王 宇, 艾 芊, 李建林, 邓华锋, . 考虑不同影响因素的砂岩损伤特征 及其卸荷破坏细观特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1341-1350.
[9] 李晓照, 戚承志, 邵珠山, 屈小磊, . 基于细观力学脆性岩石剪切特性演化模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1358-1367.
[10] 陈卫忠, 李翻翻, 马永尚, 雷 江, 于洪丹, 邢天海, 郑有雷, 贾晓东, . 并联型软岩温度-渗流-应力耦合三轴流变仪的研制[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1213-1220.
[11] 郑广辉, 许金余, 王 鹏, 方新宇, 王佩玺, 闻 名, . 冻融循环作用下层理砂岩物理特性及劣化模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 632-641.
[12] 李静, 孔祥超, 宋明水, 汪勇, 王昊, 刘旭亮, . 储层岩石微观孔隙结构对岩石力学特性 及裂缝扩展影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4149-4156.
[13] 李晓照, 邵珠山, 戚承志, . 岩石裂纹损伤及围压对剪切破坏影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4249-4258.
[14] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 硬岩弹塑性变形破坏过程中强度参数 及剪胀角演化模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4401-4411.
[15] 王璞, 王成虎, 杨汝华, 侯正阳, 王洪, . 基于应力多边形与震源机制解的 深部岩体应力状态预测方法初探[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4486-4496.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 崔皓东,朱岳明. 二滩高拱坝坝基渗流场的反演分析[J]. , 2009, 30(10): 3194 -3199 .
[2] 刘清秉,项 伟,张伟锋,崔德山. 离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究[J]. , 2009, 30(8): 2286 -2290 .
[3] 况雨春,伍开松,杨迎新,马德坤. 三牙轮钻头破岩过程计算机仿真模型[J]. , 2009, 30(S1): 235 -238 .
[4] 杜文琪,王 刚. 土工结构地震滑动位移统计分析[J]. , 2011, 32(S1): 520 -0525 .
[5] 许振浩 ,李术才 ,李利平 ,侯建刚 ,隋 斌 ,石少帅. 基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估[J]. , 2011, 32(6): 1757 -1766 .
[6] 温世清 ,刘汉龙 ,陈育民. 浆固碎石桩单桩荷载传递特性研究[J]. , 2011, 32(12): 3637 -3641 .
[7] 巩思园,窦林名,何 江,贺 虎,陆菜平,牟宗龙. 深部冲击倾向煤岩循环加卸载的纵波波速与应力关系试验研究[J]. , 2012, 33(1): 41 -47 .
[8] 李顺群 ,高凌霞 ,柴寿喜. 冻土力学性质影响因素的显著性和交互作用研究[J]. , 2012, 33(4): 1173 -1177 .
[9] 钟 声 ,王川婴 ,吴立新 ,唐新建 ,王清远. 点状不良地质体钻孔雷达响应特征 ——围岩及充填效应正演分析[J]. , 2012, 33(4): 1191 -1195 .
[10] 孟 振,陈锦剑,王建华,尹振宇. 砂土中螺纹桩承载特性的模型试验研究[J]. , 2012, 33(S1): 141 -145 .