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深埋隧洞岩爆数值模拟与预测研究
| 论文题名： | 深埋隧洞岩爆数值模拟与预测研究 |
| 关键词： | 隧洞岩;爆数值模拟;岩爆机理;脆性破坏;岩爆预测 |
| 摘要： | 岩爆是建设大型地下工程经常遇到的地质灾害，但由于其生成机理复杂，至今在理论界和工程界尚未形成比较成熟的认识。岩爆理论用于具体工程实践的指导还相距较远，用于满足工程需要的岩爆预测研究与预防方案，尚停留在对岩爆灾情发生的经验判断水平。因此，有必要进一步对岩爆的机理、预测预报模型进行理论研究，从而提出可靠的预测方法和防治对策，这对于防止岩爆的发生、保证生产安全具有重要的理论意义和较大的实用价值。 本文在国内外岩爆研究的基础上，结合国家自然科学基金委员会与二滩水电公司设立的雅砻江水电开发联合基金重点项目“深埋长大引水隧洞和洞室群的安全与预测研究”中的子题“岩爆机理与预报方法研究”，以锦屏二级水电站隧洞为研究对象，分析了深埋隧洞岩爆的破坏特征及机制，研究了高地应下硬岩的本构关系，并从能量角度对岩爆破坏过程进行了较为深入分析，最后落实到岩爆的数值模拟与预测上。主要工作和结论如下： (1)通过锦屏二级深埋隧洞岩爆的实录资料分析，得到深埋隧洞岩爆是一种典型的脆性破坏，破坏力学机制主要有3类，即拉张破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏。 (2)系统总结了传统的本构模型，详细介绍了弹脆塑性本构模型及利用塑性位势理论来确定应力跌落过程的方法，提出了适用于深埋隧洞开挖岩爆预测分析的基于Rankine准则和Drucker-Prager准则的岩石弹脆塑性本构模型。 (3)分析了地下洞室开挖过程中的应变能变化，比较了逐步开挖和急速开挖能量变化的差别。基于弹-脆-塑性本构及H-B破坏准则圆型洞室开挖应力应变解析解，分析计算了圆型洞室开挖应变能的变化。对岩爆过程的能量释放与耗散进行了深入研究，从能量释放与耗散角度解释了岩爆的动力源及地应力对岩爆的影响。 (4)研究了ABAQUS用户材料子程序UMAT接口原理、弹脆塑性本构的数值格式及应力更新算法，开发了基于Rankine准则和Drucker-Prager准则的岩石弹脆塑性本构模型的UMAT子程序并将其应用到岩爆预测的数值模拟中。 (5)结合锦屏二级水电站辅助洞工程，利用开发的岩石本构模型对其应力场进行数值模拟，表明隧洞开挖后在洞肩及墙趾处应力集中程度较大，且在洞肩部位出现的脆塑性区体现了脆性破坏的“V”型破坏特征；采用4种不同的岩爆预测方法预测岩爆，除传统的应力强度比判据外，还把基于可释放能量的岩体整体破坏准则应用到岩爆预测中，综合判定在隧洞墙趾和洞肩部位会发生岩爆，预测结果与岩爆实际发生情况基本一致。 |
| 作者： | 陈文亮 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 章青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河海大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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