基于GDEM的结构面型岩爆孕育演化机制

TU45; 深部硬岩工程开挖过程中,洞壁围岩常常因结构面的存在发生岩爆地质灾害,造成人员伤亡和设备损毁等事故.通过采用有限元、离散元相耦合的GDEM数值仿真技术研究了边墙含竖向结构面的数目和尺度对深部硬岩直墙拱形隧道在开挖卸荷作用下,围岩裂化扩展行为、应力、位移、片状块体速度等力学运动特征的影响,以此揭示围岩板裂化、结构面型岩爆之间的演化机制.结果表明:开挖卸荷后,含多结构面数目隧道的破坏模式及强度与结构面控制效应有关(洞壁径向距离1.5m范围内结构面的作用影响大),且结构面具有主导控制岩爆爆坑边界的作用,而多节理岩板裂化的演化机制为切应力不均匀分布,致使岩板实际承载偏心受压,产生二阶弯矩效应...

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Published in煤炭学报 Vol. 48; no. 5; pp. 2207 - 2223
Main Authors 周雄, 孟凡震, 岳祝凤, 王玮, 徐荣超, 周辉, 管晓明
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 青岛理工大学理学院,山东青岛 266000%华北水利水电大学地球科学与工程学院,河南郑州 450000%中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,湖北武汉430000%青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266000 01.05.2023
Subjects
ec-centric bearing loading
crack propagation
excavation and unloading
structural plane rockburst
偏心承载
开挖卸荷
结构面扩展
continuous-discontinuous
结构面型岩爆
连续-非连续
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ISSN0253-9993
DOI10.13225/j.cnki.jccs.2023.0086

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Summary:TU45; 深部硬岩工程开挖过程中,洞壁围岩常常因结构面的存在发生岩爆地质灾害,造成人员伤亡和设备损毁等事故.通过采用有限元、离散元相耦合的GDEM数值仿真技术研究了边墙含竖向结构面的数目和尺度对深部硬岩直墙拱形隧道在开挖卸荷作用下,围岩裂化扩展行为、应力、位移、片状块体速度等力学运动特征的影响,以此揭示围岩板裂化、结构面型岩爆之间的演化机制.结果表明:开挖卸荷后,含多结构面数目隧道的破坏模式及强度与结构面控制效应有关(洞壁径向距离1.5m范围内结构面的作用影响大),且结构面具有主导控制岩爆爆坑边界的作用,而多节理岩板裂化的演化机制为切应力不均匀分布,致使岩板实际承载偏心受压,产生二阶弯矩效应,诱发强烈的张拉板裂型岩爆,呈现出"平底锅状"C字型的爆坑;围岩破坏强度与岩板的尺度效应有关且结构面具有削弱应力向径向深部围岩转移的阻碍作用,从而不断加剧结构面围岩之间卸荷应力波的相互反射,增大了岩板内的应力积聚与能量积累.且尺度不同,其切应力调整分布演化差异大,大尺度高柔度的三节理岩板,其端部载荷强度高、岩板的屈曲效应较明显,导致径向内部岩板易屈曲失稳而引发边墙围岩板端部的剪断失稳破坏,诱发强烈岩爆.而中小尺度的三节理岩板,柔度小不易失稳,且载荷作用小,裂纹易沿结构面尖端扩展贯通破坏,呈现为脱落型静态脆性破坏,形成小V型破坏断口.
ISSN:0253-9993
DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2023.0086