深埋隧洞巖爆數(shù)值模擬與預(yù)測(cè)研究.pdf

1、巖爆是建設(shè)大型地下工程經(jīng)常遇到的地質(zhì)災(zāi)害，但由于其生成機(jī)理復(fù)雜，至今在理論界和工程界尚未形成比較成熟的認(rèn)識(shí)。巖爆理論用于具體工程實(shí)踐的指導(dǎo)還相距較遠(yuǎn)，用于滿足工程需要的巖爆預(yù)測(cè)研究與預(yù)防方案，尚停留在對(duì)巖爆災(zāi)情發(fā)生的經(jīng)驗(yàn)判斷水平。因此，有必要進(jìn)一步對(duì)巖爆的機(jī)理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行理論研究，從而提出可靠的預(yù)測(cè)方法和防治對(duì)策，這對(duì)于防止巖爆的發(fā)生、保證生產(chǎn)安全具有重要的理論意義和較大的實(shí)用價(jià)值。 本文在國(guó)內(nèi)外巖爆研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家

2、自然科學(xué)基金委員會(huì)與二灘水電公司設(shè)立的雅礱江水電開(kāi)發(fā)聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目“深埋長(zhǎng)大引水隧洞和洞室群的安全與預(yù)測(cè)研究”中的子題“巖爆機(jī)理與預(yù)報(bào)方法研究”，以錦屏二級(jí)水電站隧洞為研究對(duì)象，分析了深埋隧洞巖爆的破壞特征及機(jī)制，研究了高地應(yīng)下硬巖的本構(gòu)關(guān)系，并從能量角度對(duì)巖爆破壞過(guò)程進(jìn)行了較為深入分析，最后落實(shí)到巖爆的數(shù)值模擬與預(yù)測(cè)上。主要工作和結(jié)論如下： (1)通過(guò)錦屏二級(jí)深埋隧洞巖爆的實(shí)錄資料分析，得到深埋隧洞巖爆是一種典型的脆性破壞，

3、破壞力學(xué)機(jī)制主要有3類，即拉張破壞、剪切破壞和拉剪復(fù)合破壞。 (2)系統(tǒng)總結(jié)了傳統(tǒng)的本構(gòu)模型，詳細(xì)介紹了彈脆塑性本構(gòu)模型及利用塑性位勢(shì)理論來(lái)確定應(yīng)力跌落過(guò)程的方法，提出了適用于深埋隧洞開(kāi)挖巖爆預(yù)測(cè)分析的基于Rankine準(zhǔn)則和Drucker-Prager準(zhǔn)則的巖石彈脆塑性本構(gòu)模型。 (3)分析了地下洞室開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)變能變化，比較了逐步開(kāi)挖和急速開(kāi)挖能量變化的差別?；趶?脆-塑性本構(gòu)及H-B破壞準(zhǔn)則圓型洞室開(kāi)挖應(yīng)力應(yīng)變

4、解析解，分析計(jì)算了圓型洞室開(kāi)挖應(yīng)變能的變化。對(duì)巖爆過(guò)程的能量釋放與耗散進(jìn)行了深入研究，從能量釋放與耗散角度解釋了巖爆的動(dòng)力源及地應(yīng)力對(duì)巖爆的影響。 (4)研究了ABAQUS用戶材料子程序UMAT接口原理、彈脆塑性本構(gòu)的數(shù)值格式及應(yīng)力更新算法，開(kāi)發(fā)了基于Rankine準(zhǔn)則和Drucker-Prager準(zhǔn)則的巖石彈脆塑性本構(gòu)模型的UMAT子程序并將其應(yīng)用到巖爆預(yù)測(cè)的數(shù)值模擬中。 (5)結(jié)合錦屏二級(jí)水電站輔助洞工程，利用開(kāi)發(fā)的