考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用
发布时间：2021-10-21 08:11
介绍了一种考虑地下洞室片帮、钻孔剥落等岩体应力型破坏特征为信息源,通过数值模拟智能反演方法预测高应力大型地下洞室群围岩局部应力场的新思路。该方法将地下洞室群片帮、钻孔剥落等应力型破坏的位置、深度或者宽度进行定量描述,以弹性模型计算获得的常偏应力大于岩体启裂强度的范围来表示应力型破坏范围,通过分析实测地应力数据约束部分地应力数量,然后采用智能数值反演方法得到其他的地应力分量。采用该方法预测了白鹤滩水电站右岸地下厂房0+76断面附近围岩地应力场,反演获得最大主应力在34 MPa左右。通过其他部位岩体破裂的数值模拟和观测结果对比,验证了地应力场预测的合理性。
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
0+76附近厂房与辅助洞出现的应力型破坏Fig.7Stress-typefailureofrockmassincavernandauxiliarytunnelsnearchainage0+760+40m喷层开裂
第12期裴书锋等：考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用4099图9玄武岩岩体片帮强度的确定Fig.9Determinationofspallingstrengthsofbasalts图10三孔孔壁剥落处出现的岩芯饼化Fig.10Corediskingcorrespondingtobreakoutsinthreeboreholes别采用了单轴压缩试验和常规三轴试验结果推断而得，单轴抗压强度为150～200MPa，得启裂强度为60～80MPa。3个钻孔中具有饼化特征的岩芯参见图10，岩芯厚度基本在2.72±0.79cm，厚径比为0.31±0.09，切向应力与抗拉强度比值在7～8之间，玄武岩抗拉强度为6～9MPa[21]，计算得到最大切向应力在42～72MPa。Jiang等[7]根据Hoek-Brown准则得到的启裂强度约为67.3MPa。故隐晶玄武岩启裂强度可取为70MPa。3.5地应力场智能反演根据3个钻孔内孔壁剥落的埋深及相邻高程3在7～11.5MPa之间，且3小于覆重，故钻孔剥落部位的3可假定为10MPa。主应力坐标系是由大地坐标系先绕z轴顺时针旋转角（0o≤≤360o），再绕新的y′轴顺时针旋转角（90o≤≤90o），再绕第2次新的x′′轴顺时针旋转角（0o≤≤360o）而形成的。1、2、3、、、确定了一个主应力状态，主应力旋转的坐标图示参见图11。通过分析可知为1的方位角，为1的倾角，故=58o，基于实测结果可得取值范围为0o～18o。由实测的2和3的方位角都在90o～180o之间，根据3个主应力的正交关系可判定在270o～360o之间?
佣丛诔Х坎煌??谑逼诘钠?α?场分布。此时钻孔剥落的中心方位角为146.2o，剥落宽度为21.1o，厂房I层顶拱应力集中区位于上游侧拱肩偏向正顶拱和上游侧拱交界，厂房三层开挖后上游侧拱应力集中进一步增强，厂房IV层开挖后0+76连接洞沿厂房轴线的应力集中区位于正顶拱，而2#锚固洞应力集中区位于上游侧拱肩，说明此主应力状态基本反映了实测结果。3.6地应力场验证采用应变软化模型进行数值模拟正算，地下厂房III层开挖后k0+76断面上游顶拱围岩的塑性区深度接近9m，参见图15，而现场实测的岩体破裂深度达到了8.8m[22]，见图16。数值模拟计算结果与现场实测结果较为接近，说明反演预测得到的地图14钻孔、厂房、锚固洞和连接洞围岩偏应力场（单位：MPa）Fig.14Deviatoricstressdistributionofborehole,cavern,anchoragetunnelandconnectingtunnel(unit:MPa)图15地下厂房III层开挖后围岩塑性区Fig.15PlasticzoneofrockmassafterexcavationoflayerIIINoneshear-nshear-pshear-nshear-ptension-pshear-pshear-ptension-ptension-nshear-ptension-pii5m(e)厂房四层开挖后连接洞剖面（距2#(d)厂房四层开挖后2锚固洞轴线2.5m）#锚固洞0+96剖面z/m68101214164442403836x/m1009080706050z/m26283032344442403836y/m1009080706050403025(a)钻孔剥落(b)厂房一层开挖厂房0+76剖面(c)厂房三层开挖后厂房0+76剖面y/m0.150.100.050.000.050.100.150.150.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性设计优化的裂化–抑制法及其应用[J]. 江权,冯夏庭,李邵军,苏国韶,肖亚勋. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[2]基于侧压力系数的岩爆区初始地应力场二次反演分析[J]. 蒙伟,何川,汪波,张钧博,吴枋胤,夏舞阳. 岩土力学. 2018(11)
[3]白鹤滩大型地下厂房开挖围岩片帮破坏特征、规律及机制研究[J]. 刘国锋,冯夏庭,江权,段淑倩,姚志宾,裴书锋,段兴平,周孟夏. 岩石力学与工程学报. 2016(05)
[4]深切河谷区水电站厂址初始应力场规律研究及对地下厂房布置的思考[J]. 黄书岭,丁秀丽,廖成刚,邬爱清,尹健民. 岩石力学与工程学报. 2014(11)
[5]锦屏复杂结构谷坡应力场反演模拟与特征分析[J]. 徐佩华,黄润秋,陈剑平,袁中凡. 岩土力学. 2012(S2)
[6]大岗山水电站地下厂房区三维地应力场反演分析[J]. 张勇慧,魏倩,盛谦,冷先伦,景锋. 岩土力学. 2011(05)
[7]围岩破坏特征与地应力方向关系研究[J]. 张宜虎,卢轶然,周火明,钟作武. 岩石力学与工程学报. 2010(S2)
[8]基于实测数据及数值模拟断层对地应力的影响[J]. 沈海超,程远方,赵益忠,张建国,夏元博. 岩石力学与工程学报. 2008(S2)
[9]岩石力学与工程综合集成智能反馈分析方法及应用[J]. 冯夏庭,周辉,李邵军,陈炳瑞. 岩石力学与工程学报. 2007(09)
[10]基于岩爆破坏形迹修正隧道区地应力及岩爆预测的研究[J]. 汪波,何川,吴德兴,周卫滨. 岩石力学与工程学报. 2007(04)
本文编号：3448588
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
0+76附近厂房与辅助洞出现的应力型破坏Fig.7Stress-typefailureofrockmassincavernandauxiliarytunnelsnearchainage0+760+40m喷层开裂
第12期裴书锋等：考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用4099图9玄武岩岩体片帮强度的确定Fig.9Determinationofspallingstrengthsofbasalts图10三孔孔壁剥落处出现的岩芯饼化Fig.10Corediskingcorrespondingtobreakoutsinthreeboreholes别采用了单轴压缩试验和常规三轴试验结果推断而得，单轴抗压强度为150～200MPa，得启裂强度为60～80MPa。3个钻孔中具有饼化特征的岩芯参见图10，岩芯厚度基本在2.72±0.79cm，厚径比为0.31±0.09，切向应力与抗拉强度比值在7～8之间，玄武岩抗拉强度为6～9MPa[21]，计算得到最大切向应力在42～72MPa。Jiang等[7]根据Hoek-Brown准则得到的启裂强度约为67.3MPa。故隐晶玄武岩启裂强度可取为70MPa。3.5地应力场智能反演根据3个钻孔内孔壁剥落的埋深及相邻高程3在7～11.5MPa之间，且3小于覆重，故钻孔剥落部位的3可假定为10MPa。主应力坐标系是由大地坐标系先绕z轴顺时针旋转角（0o≤≤360o），再绕新的y′轴顺时针旋转角（90o≤≤90o），再绕第2次新的x′′轴顺时针旋转角（0o≤≤360o）而形成的。1、2、3、、、确定了一个主应力状态，主应力旋转的坐标图示参见图11。通过分析可知为1的方位角，为1的倾角，故=58o，基于实测结果可得取值范围为0o～18o。由实测的2和3的方位角都在90o～180o之间，根据3个主应力的正交关系可判定在270o～360o之间?
佣丛诔Х坎煌??谑逼诘钠?α?场分布。此时钻孔剥落的中心方位角为146.2o，剥落宽度为21.1o，厂房I层顶拱应力集中区位于上游侧拱肩偏向正顶拱和上游侧拱交界，厂房三层开挖后上游侧拱应力集中进一步增强，厂房IV层开挖后0+76连接洞沿厂房轴线的应力集中区位于正顶拱，而2#锚固洞应力集中区位于上游侧拱肩，说明此主应力状态基本反映了实测结果。3.6地应力场验证采用应变软化模型进行数值模拟正算，地下厂房III层开挖后k0+76断面上游顶拱围岩的塑性区深度接近9m，参见图15，而现场实测的岩体破裂深度达到了8.8m[22]，见图16。数值模拟计算结果与现场实测结果较为接近，说明反演预测得到的地图14钻孔、厂房、锚固洞和连接洞围岩偏应力场（单位：MPa）Fig.14Deviatoricstressdistributionofborehole,cavern,anchoragetunnelandconnectingtunnel(unit:MPa)图15地下厂房III层开挖后围岩塑性区Fig.15PlasticzoneofrockmassafterexcavationoflayerIIINoneshear-nshear-pshear-nshear-ptension-pshear-pshear-ptension-ptension-nshear-ptension-pii5m(e)厂房四层开挖后连接洞剖面（距2#(d)厂房四层开挖后2锚固洞轴线2.5m）#锚固洞0+96剖面z/m68101214164442403836x/m1009080706050z/m26283032344442403836y/m1009080706050403025(a)钻孔剥落(b)厂房一层开挖厂房0+76剖面(c)厂房三层开挖后厂房0+76剖面y/m0.150.100.050.000.050.100.150.150.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性设计优化的裂化–抑制法及其应用[J]. 江权,冯夏庭,李邵军,苏国韶,肖亚勋. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[2]基于侧压力系数的岩爆区初始地应力场二次反演分析[J]. 蒙伟,何川,汪波,张钧博,吴枋胤,夏舞阳. 岩土力学. 2018(11)
[3]白鹤滩大型地下厂房开挖围岩片帮破坏特征、规律及机制研究[J]. 刘国锋,冯夏庭,江权,段淑倩,姚志宾,裴书锋,段兴平,周孟夏. 岩石力学与工程学报. 2016(05)
[4]深切河谷区水电站厂址初始应力场规律研究及对地下厂房布置的思考[J]. 黄书岭,丁秀丽,廖成刚,邬爱清,尹健民. 岩石力学与工程学报. 2014(11)
[5]锦屏复杂结构谷坡应力场反演模拟与特征分析[J]. 徐佩华,黄润秋,陈剑平,袁中凡. 岩土力学. 2012(S2)
[6]大岗山水电站地下厂房区三维地应力场反演分析[J]. 张勇慧,魏倩,盛谦,冷先伦,景锋. 岩土力学. 2011(05)
[7]围岩破坏特征与地应力方向关系研究[J]. 张宜虎,卢轶然,周火明,钟作武. 岩石力学与工程学报. 2010(S2)
[8]基于实测数据及数值模拟断层对地应力的影响[J]. 沈海超,程远方,赵益忠,张建国,夏元博. 岩石力学与工程学报. 2008(S2)
[9]岩石力学与工程综合集成智能反馈分析方法及应用[J]. 冯夏庭,周辉,李邵军,陈炳瑞. 岩石力学与工程学报. 2007(09)
[10]基于岩爆破坏形迹修正隧道区地应力及岩爆预测的研究[J]. 汪波,何川,吴德兴,周卫滨. 岩石力学与工程学报. 2007(04)
本文编号：3448588
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