地下空間開發(fā)和利用是人類社會發(fā)展、經(jīng)濟建設(shè)以及國家安全戰(zhàn)略需求的必然選擇。巖體作為一種非線性、非連續(xù)性、非均質(zhì)性和各向異性的天然地質(zhì)體,經(jīng)過漫長的地質(zhì)作用后其內(nèi)部隨機分布有不同尺度的節(jié)理、裂隙、軟弱夾層和斷層等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面。地下硐室通常建在含有復(fù)雜節(jié)理形態(tài)的巖體中,節(jié)理的存在會嚴重劣化硐室圍巖的完整性和承載能力,導(dǎo)致硐室受擾動后容易發(fā)生失穩(wěn)破壞,同時也會改變硐室圍巖中的應(yīng)力分布模式,導(dǎo)致硐室圍巖產(chǎn)生不同的破壞模式,增加了硐室圍巖體力學(xué)響應(yīng)行為的復(fù)雜性和難預(yù)測性。因此,節(jié)理巖體中硐室圍巖的力學(xué)響應(yīng)行為、穩(wěn)定性及其控制問題已成為巖石力學(xué)領(lǐng)域重點關(guān)注和亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。本文從地下工程中節(jié)理化巖體硐室圍巖穩(wěn)定性及其控制這一關(guān)鍵科學(xué)問題出發(fā),基于物理模擬試驗方法,結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測、數(shù)字圖像相關(guān)方法等技術(shù)手段系統(tǒng)地研究了完整巖體硐室圍巖和節(jié)理化巖體硐室圍巖（含平行節(jié)理巖體硐室圍巖、含交叉節(jié)理巖體硐室圍巖）在靜態(tài)荷載作用下的靜態(tài)力學(xué)特性、能量演化與分配規(guī)律、聲發(fā)射性能變異細觀機理、漸進式失穩(wěn)破壞演化過程及其機制,對比分析了平行和交叉節(jié)理角度對上述研究對象的影響。在此基礎(chǔ)上,進一步探究了完整巖... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：249 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２地下硐室圍巖體中存在的節(jié)理結(jié)構(gòu)面??節(jié)理巖體中硐室圍巖的力學(xué)響應(yīng)行為及穩(wěn)定性與控制問題己成為巖石力??

傾??角無關(guān)，這種趨勢與達到峰值應(yīng)力之前試樣的損傷量有關(guān)。??ｗｉｎｇ?ｃｒａｃｋ??＼?Ｃｊｒ＊?ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?ｃｒａｃｋ??］ｘ??＼?ｊ?Ｍ?＼?＼?ｗｉｎｇ?ｃｒａｃｋ?ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ?ａｎｇｌｅ??十…ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｌｏａｄｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?ｃｒａｃｋｗｉｎｇ?ｃｒａｃｋ：?ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ?ａｎｇｌｅ?Ｊ?Ｉ??＾?＼?ｎ??１?Ｉｘｉａｄｉｎｊｇ?ｄｋｅｃｉｉｏｎ??１?ｗｉＢｇ?ｃｒａｃｋ??ｒ?ｔ??圖２－１單軸加載下含單一節(jié)理巖體中裂紋擴展模式［４６］??譚志宏等［４９］結(jié)合紅外熱像儀對含預(yù)制單裂紋花崗巖試樣進行了單軸加??載試驗，發(fā)現(xiàn)在加載過程中，微破裂越強，其紅外輻射也越強。在主破裂時，??試件在局部破壞區(qū)域會產(chǎn)生高溫條帶的紅外熱像特征，但對于同一種巖石，??其破壞時的紅外輻射特征也會存在一定差異。肖桃李等［５Ｑ］研究了常規(guī)三軸加??載條件下含單節(jié)理巖石的強度特征及破壞特性，發(fā)現(xiàn)單節(jié)理試樣的力學(xué)特性??具有明顯的圍壓效應(yīng)，且與節(jié)理傾角和尺寸有關(guān)，其破壞形式既有沿節(jié)理面??的滑動剪切破壞，也有試樣基體的剪切破壞。劉紅巖等［５１］研宄發(fā)現(xiàn)，節(jié)理傾??角、節(jié)理貫通度、節(jié)理組數(shù)、荷載應(yīng)變率、試件長徑比、節(jié)理充填物厚度與??類型均會對預(yù)制節(jié)理巖體的力學(xué)特性及其破壞形態(tài)產(chǎn)生不同程度的影響。??Ｗｏｎｇ和Ｚｈａｎｇｔ５２］Ｓ了研宄尺寸效應(yīng)對開裂過程的影響，采用基于離散元??法的粘結(jié)顆粒模型，研宄了壓縮荷載下單一節(jié)理尺寸對含節(jié)理試樣開裂行為??的影響。李建林等［５３］研究了三軸卸荷條件下含單一節(jié)理巖體的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)??系、變形特征、強度特征和破壞

?靜動態(tài)荷載下節(jié)理化巖體硐室圍巖破壞機制及其穩(wěn)定性與控制研究???２．２完整巖體硐室圍巖破壞機制及穩(wěn)定性研究??地下工程建設(shè)的難點之一就是根據(jù)已揭露的地質(zhì)信息與圍巖破壞現(xiàn)象，??預(yù)測下一步開挖或服役過程中可能出現(xiàn)的破壞模式，從而制定出有針對性的??防控措施。因此，地下硐室圍巖破壞模式分析是進行硐室穩(wěn)定性分析和支護??參數(shù)設(shè)計計算的基本依據(jù)，同時對于解釋硐室圍巖在受載作用下的整個開裂??順序和破壞機理至關(guān)重要。國內(nèi)外許多學(xué)者開展了不同工況條件下硐室圍巖??破壞模式的物理模擬試驗研究，獲得了相應(yīng)條件下的破壞形態(tài)，這大大提升??了人們對地下工程硐室變形失穩(wěn)災(zāi)害的認知。??（１）靜載下變形破壞機制及穩(wěn)定性??對于完整巖體硐室圍巖的破壞機制及穩(wěn)定性問題，早在２０世紀７０年代，??Ｌａｊｔａｉ和Ｌａｊｔａｉ［３９］就進行了含圓形硐室石膏試樣在真三軸加載條件下的破壞模??式試驗研究，認為在相對低的圍壓下，圓形硐室周圍產(chǎn)生的破壞裂紋主要有??以下３種類型：主拉伸裂紋、次級（遠程）裂紋和剪切（正剪、斜剪）裂紋，??主拉伸裂紋沿著最大主應(yīng)力方向擴展，而遠程裂紋和剪切裂紋偏離最大主應(yīng)??力方向而相交，這些裂紋構(gòu)成了試樣破壞模式的基本形態(tài)（圖２－２），而試樣??的最終破壞模式跟圍壓大小有關(guān)。??ＨＰ??（ａ）低圍壓破壞前的裂紋?（ｂ）低圍壓下的破壞模式??Ｐ?Ｖ??（ｃ）中等圍壓下的破壞模式（ｄ）高圍壓下的硐室逐漸閉合??圖２－２不同側(cè)壓條件下含硐室石裔試樣斷裂模式??Ｃａｒｔｅｒ■等研宄了在單軸壓縮作用下含圓形硐室花崗巖試樣中硐室周圍??裂紋的發(fā)展，觀察到斷裂從初級裂紋轉(zhuǎn)移到遠程裂紋，再到壓縮裂紋。在較??－１４?－??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Investigating the mechanical and acoustic emission characteristics of brittle failure around a circular opening under uniaxial loading[J]. Peng Li,Fen-hua Ren,Mei-feng Cai,Qi-feng Guo,Hao-fei Wang,Kang Liu.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2019(10)
[2]層狀復(fù)合巖體沖擊動力學(xué)特性試驗研究[J]. 楊仁樹,李煒煜,方士正,朱曄,李永亮.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2019(09)
[3]沖擊荷載下層理對頁巖內(nèi)裂紋擴展行為影響規(guī)律的研究[J]. 王興渝,朱哲明,邱豪,萬端瑩,王飛,王蒙.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2019(08)
[4]花崗巖破裂過程聲發(fā)射關(guān)鍵信號時頻特征試驗研究[J]. 張艷博,孫林,姚旭龍,梁鵬,田寶柱,劉祥鑫.  巖土力學(xué). 2020(01)
[5]含孔洞層狀砂巖動態(tài)壓縮力學(xué)特性試驗研究[J]. 李地元,劉濛,韓震宇,周子龍.  煤炭學(xué)報. 2019(05)
[6]P波在非線性交叉節(jié)理巖體中的傳播特性研究[J]. 柴少波,李建春,趙均海,陳昕.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2019(06)
[7]3D-DIC系統(tǒng)在巖石力學(xué)試驗中的應(yīng)用[J]. 大久保誠介,湯楊,許江,彭守建,陳燦燦,嚴召松.  巖土力學(xué). 2019(08)
[8]單軸壓縮下飽水花崗巖破裂過程聲發(fā)射頻譜特征試驗研究[J]. 張艷博,梁鵬,孫林,田寶柱,姚旭龍,劉祥鑫.  巖土力學(xué). 2019(07)
[9]單軸壓縮下非貫通節(jié)理巖體損傷破壞能量演化機制研究[J]. 王桂林,張亮,許明,梁再勇,冉龍寶.  巖土工程學(xué)報. 2019(04)
[10]Dynamic strength of rock with single planar joint under various loading rates at various angles of loads applied[J]. Pei-Yun Shu,Hung-Hui Li,Tai-Tien Wang,Tzuu-Hsing Ueng.  Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018(03)

博士論文
[1]節(jié)理巖體的動態(tài)力學(xué)特性及應(yīng)力波傳播特征的試驗研究[D]. 李淼.北京科技大學(xué) 2018
[2]節(jié)理粗糙度對巖體抗壓動態(tài)力學(xué)特性影響的實驗研究[D]. 陳昕.北京科技大學(xué) 2016
[3]類節(jié)理巖石材料沖擊動力響應(yīng)性狀的試驗研究[D]. 王建國.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2015
[4]應(yīng)力波作用下花崗巖損傷演化的試驗研究[D]. 張青成.中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 2014

碩士論文
[1]節(jié)理巖體地下洞室穩(wěn)定性的靜動力響應(yīng)分析[D]. 王振.山東大學(xué) 2014
[2]節(jié)理巖體隧道施工過程三維數(shù)值模擬分析[D]. 金冬梅.東北大學(xué) 2013



本文編號：3418211