深埋圆形洞室开挖卸荷围岩变形数值模拟研究

摘要

我国社会经济的高速发展，使得资源短缺与环境恶化严重，因此地下空间被广泛地开发利用，其中地下洞室的规模和埋深也在不断增大。然而在深埋岩体开挖过程中，围岩损伤变形及岩爆的发生等严重影响工程的顺利进行，为了解决这些难题，岩体开挖卸荷效应成为研究重点，尤其是钻爆开挖中地应力瞬态卸荷过程对围岩造成的损伤变形问题。
　　本文以圆形洞室为例，针对地下深埋岩体的开挖卸荷效应，基于弹性动力学理论，通过有限差分软件建立圆形洞室开挖地应力瞬态卸荷模型，研究瞬态卸荷过程对围岩产生的动态扰动效应，确定围岩损伤范围。对比分析不同条件产生的影响，以此提出减小围岩损伤、预防岩爆发生的措施。主要内容包括：⑴在圆形洞室开挖卸荷力学模型的理论基础上，运用FLAC3D软件，结合应力释放法，编写洞室开挖地应力瞬态卸荷的程序，建立模型，进行模拟分析研究。⑵验证模拟程序的正确性，并且在给定的条件下进行围岩动态效应的分析，主要包括围岩应力、位移与速度随时间的变化情况。同时采用Griffith强度准则，作为围岩损伤变形的破坏准则，以此确定围岩的损伤范围。⑶改变地应力瞬态卸荷过程中的影响条件，对比分析不同条件下围岩的动态效应，通过分析，针对不同影响条件，基于瞬态卸荷，提出减小围岩损伤、预防岩爆发生的措施。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 深埋洞室开挖卸荷研究现状

1．2．2 深埋洞室围岩变形与稳定研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 深埋洞室开挖卸荷围岩应力与变形分析

2．1 深埋洞室岩体特性

2．2．1 初始应力状态

2．2．2 重分布应力状态

2．2．3 三次应力状态

2．3 洞室开挖地应力瞬态卸荷过程分析

2．3．1 开挖卸荷力学模型

2．3．2 地应力瞬态卸荷时间

2．3．3 瞬态卸荷作用分析

2．3．4 动态力学求解

2．4 洞室围岩损伤破坏准则

2．5 本章小结

第3章 洞室开挖瞬态卸荷数值模拟

3．1 基本方法与数值模型建立

3．1．1 数值模拟软件介绍

3．1．2 应力释放法概述

3．1．3 数值模型

3．2 模型求解与分析

3．2．1 计算模拟过程

3．2．2 计算结果验证

3．2．3 动态效应分析

3．2．4 围岩损伤范围

3．3 本章小结

第4章 不同条件下瞬态卸荷围岩应力与变形分析

4．1 卸荷路径的影响

4．2 开挖洞径的影响

4．3 卸荷时间的影响

4．3．1 不同卸荷时间围岩应力变化

4．3．2 不同卸荷时间围岩位移与振动速度变化

4．3．3 不同卸荷时间围岩损伤范围

4．4 地应力的影响

4．4．1 不同地应力围岩应力变化

4．4．2 不同地应力围岩振动速度变化

4．4．3 不同地应力围岩损伤范围

4．5 基于瞬态卸荷的围岩损伤变形控制措施分析

4．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果