深埋地下洞室群围岩的变形机理与稳定性评判准则研究

从多层次综合仿真和广角度分析观点，以确定性和不确定性两类分析模型对深埋洞室群围岩的变形机理与稳定性评判准则进行研究。依据不同围压下的试验研究深部岩体的峰值后变形特性和流变特性，结合细观层次的数值试验，建立反映深部岩体宏观力学特征的细观力学模型，揭示深部岩体的长期变形机理和数学描述方法；提出深部岩体破坏过程的跨尺度模拟技术，根据生成的数值试件进行实际受力的仿真模拟，研究其变形、破坏的全过程，从强度理论和能量理论探讨岩体的破坏机理；将细观损伤理论和统计强度理论有机地结合预测岩体的宏观性质，建立岩体宏观本构模型和强度破坏准则，依据岩体破坏过程数值模拟的正反分析阐明岩体强度特性和破坏的内在联系；建立广角度的岩体稳定性评判体系，给出围岩稳定性的综合评判以及相应的临界警戒指标，探讨传统静力准则与能量准则的内在联系与联合应用机理，使其实用化并为制定相应规范创造条件。

本项目从多层次综合仿真和广角度分析观点，以确定性和不确定性两类分析模型对深埋洞室群围岩的变形机理与稳定性评判准则进行研究。主要研究内容包括：大理岩的试验研究、岩体地应力的确定、岩石破坏机理的细观模型、深埋隧洞渗流和应力耦合分析方法、基于区间的反演模型和求解方法、地下洞室围岩的长期稳定性、具体工程的应用等问题。研究取得了25项成果，其中6项代表性成果为：（1）建立了基于区间分析思想的反演模型和求解方法，考虑量测信息的不确定性，针对复杂的非线性问题，提出了区间有限元的迭代优化反分析模型；（2）从岩体内部细观组成出发，以结构控制论为指导，研究其受压的破坏机理，建立了基于大理岩受压破坏的数字图像界面元法模拟；（3）基于某工程现场天然花岗岩材料进行轴向压缩试验，结合高速图像采集系统，采用数字图像相关技术研究了花岗岩材料在动力作用下的拉应变场与破坏形态的关系，进行岩石动力破坏的高速数字图像相关研究；（4）引入等效入渗强度来模拟降雨入渗过程，采用等效连续各向同性介质模型，运用三维有限元的基本方法和地下水动力学的基本理论对引水隧洞施工全过程工程区涌水量和降落漏斗的影响范围开展了分析研究；（5）针对富水区深埋地下水利工程中的主要水问题及对策进行研究，提出了“以堵为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的治水原则；（6）基于接触粘结模型的二维颗粒流程序（PFC2D），对砂岩及花岗岩双向加载下砂岩及花岗岩声发射及变形率变化法进行了数值研究。本项目研究不仅解决了地下洞室群围岩稳定性的一些基本科学问题，还直接为我国地下工程的建设提供了一些科学依据。