错动带影响下特大型洞室群变形破坏机制与分析方法

A series of laboratory tests, in situ tests and monitoring will be conducted to investigate behaviour of staggered zone and huge cavern group with the staggered zones under unloading process of high stress conditions. Their deformation and failure mechanism will be understood. New models for the staggered zone, hard rocks and the interface of the staggered zones and hard rocks will be established accordingly. A new numerical simulation method, called non-coordinated cellular automation, will be developed to analyze the mechanism and process of the huge cavern group with staggered zones under unloading of high stress condition. A new risk assessment method will be proposed to assess dynamically risk of the huge cavern group with staggered zones under unloading of high stress condition.

通过系统的室内试验与现场综合观测、理论分析、数值模拟、工程应用验证，揭示高应力开挖卸荷下含错动带地层特大型洞室群的变形破坏机理，建立合理反映高应力卸荷作用下错动带、错动带/母岩接触面、坚硬母岩变形破坏机制的力学模型，提出能合理模拟高应力卸荷下错动带与母岩非协调变形破坏机制的细胞自动机模拟方法，建立考虑高应力卸荷及其错动带影响下特大型洞室群安全风险动态评估方法，为受错动带影响的特大型洞室群的科学设计和安全施工提供关键的理论支持。

错动带影响下特大型洞室群变形破坏机制与分析方法研究是当前岩土与地下工程超常条件下的关键力学问题，高应力下开挖卸荷作用会对含错动带岩体的力学机制产生尤为显著的影响，从而成为威胁大型地下洞室群稳定性的瓶颈问题。项目贯穿了变形破坏机理、力学模型、连续-非连续细胞自动机模拟方法、洞室群安全风险评估研究以及现场实践验证的全过程，总体上达到了预期目标，研究取得的代表性成果如下：①建立了高应力卸荷下错动带变形破坏试验方法，包括室内高应力多应力路径试验系统以及反映原岩应力的错动带试样制备方法；②揭示了错动带卸荷典型裂化效应及规律，即显著的卸荷回弹变形和扩容特征，出现张/张剪型裂纹，力学参数随着扩容不断劣化，以及明显的颗粒破碎现象和定向排列特征；③建立了洞室群错动带变形破坏过程现场综合观测方法和基于微震观测的错动带破坏过程的矩张量分析方法，发现大型地下洞室含错动带岩体由浅部向深部扩展过程中，以张拉破裂为主，张拉、剪切事件交替发生；④建立了考虑错动带复杂应力路径卸荷过程中的体积变形的非线性特征、明显体胀特征和变形强度参数的劣化各向异性特征的力学模型，并验证了模型的合理性和有效性；⑤建立了错动带岩体裂纹局部定位及其张开、闭合与滑移非线性模拟理论，以及元胞连续到连续描述及快速自适应更新理论和方法；⑥建立了含错动带大型洞室群安全风险动态评估方法和基于蒙特卡洛法的错动带岩体地下洞室开挖围岩破坏概率计算方法；⑦基于上述变形破坏机制分析和力学模型，实现了白鹤滩水电站地下厂房围岩稳定性分析与控制优化。