基于数值流形方法的地下厂房顶拱喷混凝土开裂成因机制分析

摘要

喷混凝土是地下洞室围岩的重要初期支护结构之一。针对丰宁抽水蓄能电站地下洞室的顶拱喷混凝土开裂问题,本文在围岩地质条件和监测数据分析的基础上,采用适于岩石不连续变形问题分析的数值流形方法,对喷混凝土的开裂成因机制进行了研究。首先,基于地质条件和监测数据分析,发现地下洞室顶拱喷混凝土开裂较严重的区域,主要集中在表层围岩变形较大区域,并从荷载效应和围岩变形特性角度,定性分析了喷混凝土开裂原因。其次,在数值流形法中引入节理单元的本构关系,实现了连续体的粘结-开裂过程的模拟。最后,将所提数值方法应用于顶拱喷混凝土开裂的定量分析。计算结果表明,围岩不连续变形将导致喷混凝土承担的弯曲荷载增大,并在荷载值达到喷混凝土的承载极限时发生开裂,进而揭示了岩体结构控制型地下洞室的顶拱喷混凝土层的开裂机理。