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深部工程围岩断裂机理数值模拟研究
| 论文题名： | 深部工程围岩断裂机理数值模拟研究 |
| 关键词： | 深部地下工程;分层断裂现象;应变软化模型;岩断裂机理;数值模拟 |
| 摘要： | 我国国民经济的发展在很长一段时间内仍将依赖于能源与矿产资源的开发利用。随着开采强度的增大以及资源需求量的增加，浅部地层资源日益减少，深部地下工程的开发和利用成为一种必然趋势，越来越受到人们的关注与重视，特别是在采矿工程、隧道工程、能源存储及核废料处理工程等领域。与此同时，深部地层开发中遇到的岩体力学问题逐渐成为各国学者研究的一个焦点。 深部地下工程岩体的赋存环境比较特殊，主要表现在岩体处于高地应力、高渗透压和高地层温度的复杂环境下。在岩体开挖过程中产生了一些不同于浅部开挖的超常响应现象，主要包括拉压域交替产生现象、分区破裂化现象和分层断裂现象等。分析研究相关的深部围岩超常响应现象，对其产生机理进行合理解释。这将为深部地下工程开挖和支护设计理论提供重要的理论基础，具有十分重要的实际意义。 本文根据深部岩体所赋存的特殊地质环境特征，认为深部岩体在力学上处于峰后阶段，选用能够体现这一特性的应变软化模型，建立计算模型对深部岩体分层断裂现象进行模拟和分析。主要考虑了岩石峰后脆性、温度应力、岩石剪胀角和椭圆形硐室轴比等因素对分层断裂现象的影响。主要研究内容如下: 首先，结合国内外与深部围岩超常响应现象相关的文献，系统阐述了深部地下工程中“深部”的界定问题，总结了深部地下工程围岩的基本特征，同时针对工程中观测到的超常响应现象进行总结和阐述，分析各种现象之间的联系与区别。 其次，根据深部岩体的基本特征，选用应变软化模型，建立相应的计算模型。结合已有文献对分层断裂现象规律的总结，在保持原岩应力大于岩体单轴抗压强度的前提下，分析岩石峰后脆性（即应力下降阶段的斜率）对硐室围岩破裂模式、应力场和位移场的影响。观察是否会出现分层断裂现象以及出现该现象时的临界门槛值，总结相关研究成果，解释其破坏发生的力学机制。 最后，以出现分层断裂现象时的围岩为研究对象，针对可能影响分层断裂现象发展的一些因素进行分析。研究温度应力与原岩应力场耦合、岩石剪胀角和椭圆形洞室轴比等因素对分层断裂现象的影响，进一步认识深部硐室围岩分层断裂现象的规律和特征。 |
| 作者： | 毛克明 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 苏永华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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