脆性岩体破裂扩展时间效应对引水隧洞长期稳定性影响研究

发布时间：2018-03-11 12:01

  本文选题：岩石力学　切入点：脆性岩体　出处：《岩石力学与工程学报》2014年05期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：对于锦屏二级引水隧洞,脆性岩体破裂损伤发展的时间效应已从现场围岩破坏情况及多种监测仪器长期监测数据中得到反映,成为影响引水隧洞长期稳定性的控制因素。为系统研究这一问题,针对锦屏二级引水隧洞沿线所占比例最大的岩层之一——白山组大理岩,在论述岩体破裂扩展时间效应的现场体现的基础上,进行破裂时效室内试验,得到破裂时效拟合式和临界驱动应力比;继而采用CPM模型建立可以考虑脆 延 塑转换特征的白山组大理岩数值试样,标定其微观参数,并进行室内破裂扩展试验的PFC模拟;最后,首次对工程尺度的引水隧洞进行破裂扩展时效的PFC模拟,研究不同岩性、不同埋深下,在100 a运行期内引水隧洞围岩的破裂情况。结果表明,室内试验中破坏时间的增加和荷载的降低呈现出较明显的指数非线性关系,且亚临界裂纹开始扩展,具有一个门槛值(定义为临界驱动应力比),对于白山组大理岩此应力比为0.492。采用CPM模型标定的PFC短期细观参数可较好反映锦屏白山组大理岩试样的三轴压缩应力 应变曲线及屈服破坏特征表现出的明显围压相关性,低围压下裂纹数目随围压增加明显,高围压下增加速度减缓,且拉裂纹在高围压下数目不再随围压增高而增加。数值试验中发现轴向应变和裂纹数目发展均表现出明显的蠕变三阶段特征。随着驱动应力比减少,由蠕变产生的应变量值是增加的。侵蚀裂纹的发展也符合蠕变三阶段特征,驱动应力比越小,侵蚀裂纹数目基本线性增加,但侵蚀裂纹发展速率呈指数减少。在开挖完成100 a后,II类大理岩岩体中引水隧洞的破裂区最大范围为2.1~3.1 m,III类大理岩为3.3~4.5 m,引水隧洞的长期稳定性可以得到较好保障。
[Abstract]:For the second stage diversion tunnel in Jinping, the time effect of fracture damage development of brittle rock mass has been reflected from the damage situation of surrounding rock and long-term monitoring data of various monitoring instruments. It has become a controlling factor to influence the long-term stability of diversion tunnel. In order to study this problem systematically, aiming at the marble of Baishan formation, which is one of the largest rock formations along the second class diversion tunnel in Jinping, On the basis of the in-situ effect of fracture propagation time of rock mass, the laboratory test of fracture aging is carried out, and the fitting formula of fracture aging and the critical driving stress ratio are obtained. Then the CPM model is used to establish the numerical sample of Baishan formation marble which can consider the characteristics of brittle ductility transformation, calibrate its microscopic parameters, and carry out the PFC simulation of the laboratory fracture expansion test. For the first time, the PFC simulation of fracture propagation time of diversion tunnel on engineering scale is carried out, and the failure of surrounding rock of diversion tunnel under different lithology and buried depth is studied in 100 years. The results show that, In laboratory tests, the increase of failure time and the decrease of load show an obvious exponential nonlinear relationship, and the subcritical crack begins to grow. It has a threshold (defined as critical driving stress ratio) and a stress ratio of 0.492 for Baishan marble. The PFC short-term mesoscopic parameters calibrated by CPM model can better reflect the triaxial compressive stress of marble samples in Jinping Baishan formation. The obvious confining pressure correlation between strain curve and yield failure characteristic, At low confining pressure, the number of cracks increases obviously with the increase of confining pressure, but the increase rate at high confining pressure slows down. Moreover, the number of tensile cracks does not increase with the increase of confining pressure at high confining pressure. The value of strain produced by creep is increased, and the development of corrosion crack accords with the characteristics of three stages of creep. The smaller the driving stress ratio, the more linear the number of corrosion crack is. However, the rate of corrosion crack development is decreasing exponentially. After 100 years of excavation, the maximum range of fracture zone of diversion tunnel in type II marble rock mass is 2.1 ~ 3.1 m ~ (3) m ~ (III) marble = 3. 3 ~ 4. 5 m, and the long-term stability of diversion tunnel can be well guaranteed.
【作者单位】： 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院有限公司;浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司;天津大学建筑工程学院;
【基金】：国家自然科学基金重大基础研究计划项目(91215301);国家自然科学基金资助项目(51279202,51109221)
【分类号】：TU452

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：1598073