层状非连续多尺度块体系统中隧道开挖围岩破坏模式和力学机理研究

层状非连续岩体中隧道开挖围岩的强度和破坏特征由于层状岩体组构的多尺度特征和高度复杂性一直未能得到满意解决。事实表明：层状岩体中隧道开挖围岩的力学行为起主要作用的层理、节理及其切割成的块体系统呈现多尺度块体结构特征，层状岩体的组构、不连续面的扩展、分叉和相互贯通, 是层状岩体失稳破坏的普遍过程。而现有隧道开挖影响分区和支护荷载计算方法都是以连续介质假设的传统理论为基础，没有反映层状岩体中隧道开挖与支护的特殊问题。本研究拟针对层状非连续多尺度块体系统中隧道开挖围岩力学行为，借助室内试验、理论分析及数值试验等手段，基于层状非连续岩体结构特征，开展：（1）研究不同类型层状非连续岩体中隧道开挖围岩的破坏模式及其演化规律；（2）研究不同类型层状非连续岩体中隧道开挖影响分区、压力拱性态与支护荷载分布的力学机制，建立概念模型和多尺度计算方法。成果将进一步丰富现有隧道开挖理论，并为相关规范修订奠定基础。

层状非连续块体系统中隧道开挖的破坏模式和机理一直是国内外比较关注的热点和难点。本项目基于模型试验、数值模拟、自主研发的BLKLAB软件对非连续岩体中隧道开挖的稳定性问题进行了深入的研究，主要研究内容包括：.（1）非连续块体系统中隧道开挖的破坏模式和机理；.（2）非连续层状块体系统中隧道开挖不同倾角和夹层的影响以及影响区；.（3）非连续块体系统隧道开挖稳定性分析方法和可视化。. 本研究聚焦上述核心内容,取得的重要研究成果包括：. （1）揭示了不同倾角下层状非连续岩体的三种破坏模式：滑动；转动；滑动+转动；. （2）发现隧道在层状非连续岩体中开挖时存在应力簇现象，有效地揭示了拱效应和影响范围；. （3）基于C++和MATLAB平台实现了非连续块体系统隧道开挖稳定性分析的可视化方法，并在工程实践中得到初步验证。. 研究成果拓展了隧道开挖理论，为隧道设计和施工提供了理论依据