深埋大理岩破裂扩展的时间效应及洞室长期稳定性评价

目前我国正在规划或在建许多国内外罕见的深埋大型水电洞群，例如本课题依托的锦屏二级水电站工程，最大埋深达到2525m，埋深的变化使得大理岩在现场也表现出破裂随时间扩展的现象。因此有必要在深埋大理岩破裂特性研究的基础上开展破裂随时间扩展特性的研究，在施工期解决好这一潜在问题。首先利用无损取样技术获取岩样，避免钻孔取样造成的破裂损伤影响试验结果。然后采样多种监测手段了解大理岩破裂随时间扩展的影响因素（包括应力条件、环境指标）的作用程度，获得描述参数和描述方法。在此基础上利用少数针对性的现场试验测试数据，把岩石研究的成果推广到现场岩体，实现研究成果的工程应用。在形成各种条件下破裂扩展机理的理论认识基础上，开发出能正确合理描述这种机理的力学模型，在颗粒流程序PFC中进行二次开发，实现对不同部位围岩破裂扩展特性及长期稳定性的评价。本研究是岩石力学领域的突破与创新，且对我国西部类似工程有重要的应用价值。

目前我国的水电资源大部分蕴藏在我国的西部地区，而这里也是我国地质条件最为复杂的地区，其中高地应力、大埋深是这些水电工程区别于其它区域的最显著特征，也必然存在岩体强度和地应力之间的尖锐的矛盾。产生的深埋岩体强度的时间效应问题的研究是一个全新的研究课题，目前世界上关于脆性岩石时间效应问题的研究成果并不多见。这就要求在解决大理岩破裂随时间扩展的问题需要采用全新的工作思路。为确保可以与世界前沿研究动态直接接轨，有必要采用全新的手段和先进的方法获得大理岩强度随时间变化特性的认识，丰富岩石力学理论，解释和描述隧洞围岩破裂随时间变化特征，满足长期稳定安全的需要。. 为了完成本项目的研究，实现预期的研究目标，需要从从现场采样、室内试验、现场试验、理论研究、程序开发、最后到方案设计和论证等一系列环节开展全方位的工作，取得的主要研究成果如下：.（1）系统开展了大理岩损伤破裂特性试验，综合利用声发射、声波、应力-应变曲线确定了不同围压条件下大理岩的特征强度，为大理岩损伤程度评价提供了可靠依据；.（2）首次开展了大理岩初始损伤检测试验，利用CT扫描、声波、声发射等监测与检测仪器对大理岩的损伤程度进行了识别，验证了无损取样技术的有效性；.（3）首次开展了大理岩疲劳破坏试验，研究揭示了破裂扩展时间效应的力学机理和表现形式，提出了大理岩破裂扩展时间效应的控制性力学参数—临界驱动应力比，并确定了微裂纹驱动标准，为评价围岩长期稳定提供了重要依据；.（4）借助于深埋隧洞大型原位破裂扩展试验，系统分析了开挖过程中围岩掌子面效应、滞后破裂、内外损伤区深度和应力调整深度，揭示了围岩短期破裂扩展特征，对认识岩体损伤演化具有重要的价值；.（5）应用应力腐蚀细观力学模型，揭示了引水隧洞围岩长期损伤破裂的演化特征，评价了引水隧洞围岩与支护的长期稳定性。