节理岩体中地下洞室动态响应的数值模拟研究

摘要

地下洞室、隧道和地表结构的安全稳定得到越来越多的关注,并且已成为重要的研究课题.这些结构容易受到来自于地震、爆炸等动荷载的作用.对于爆破开挖或储存炸药、石油的意外引爆等发生在岩体洞室内部的爆炸,临近洞室和地表结构所受到的振动干扰根据峰值质点速度确定.另一方面,也需要研究地震或爆炸等外部动荷载作用下洞室结构的稳定性.本文关注于分别受到内部和外部动荷载作用下地下洞室动态响应的数值模拟研究,数值模拟均应用UDEC-AUTODYN组合方法.首先,应用UDEC-AUTODYN组合方法对瑞典(A)lvdalende的一个大型洞室内部爆炸实验进行数值模拟.其中,应用AUTODYN模拟炸药爆炸过程、冲击波的产生以及冲击波对洞壁的作用;应用UDEC模拟冲击波在爆炸洞室周围节理岩体中的传播.将UDEC-AUTODYN组合方法、单一AUTODYN方法和经验公式得到的峰值质点速度分别同现场实验数据相比较.对比结果显示经验公式预测值小于实验数据,单一的ATUODYN模拟结果大于实验数据,UDEC-AUTODYN组合方法得到的模拟结果与实验数据较吻合.因此,UDEC-AUTODYN组合方法适合于模拟洞室内部爆炸以及其后冲击波在洞室周围节理岩体中的传播;其次,利用UDEC对外部爆炸动荷载作用下地下洞室的动态响应进行分析.研究在冲击波动荷载作用下围岩中节理性质、初始地应力、冲击波的振幅和锚杆支护对洞室破坏的影响.研究结果显示节理倾角对洞室围岩破坏的影响最大;初始地应力对洞室的破坏影响较小;锚杆支护可以极大的提高洞室的稳定性.