爆破荷载作用下岩石损伤-渗流耦合机理及其在海底隧道中的应用

由于兼具爆炸破裂与岩体渗流两方面的复杂性，爆破荷载作用下岩石损伤-渗流耦合机理的研究是一个新兴而复杂的课题。本项目首先在工程现场选取代表性岩石试件，进行全应力-应变过程渗透性试验，基于现场试样的试验数据研发新型流固耦合相似材料，并确定其合理配比。通过爆炸激波对相似材料试样的损伤试验和渗透率试验，构建爆破荷载作用下的损伤-渗流耦合本构模型，利用fish语言或C++将该模型嵌入软件FLAC3D。同时，进行海底隧道模型试验和现场实测，通过相关结果与数值计算数据的对比分析对该本构模型进行验证和改进。基于改进后的本构模型，开展海底隧道大型三维施工过程的数值模拟，为设计理念的更新(如防排水设计、衬砌背后水压力计算和最小岩石覆盖厚度确定)和施工技术的改进 (如爆破方式和参数、注浆参数与注浆孔布置) 提出合理的建议。 本项目的研究成果将不仅具有突出的理论意义，而且还拥有重大的工程实用价值。

由于兼具爆炸破裂与岩体渗流两方面的复杂性，爆破荷载作用下岩石损伤—渗流耦合机理的研究是一个新兴而复杂的课题。. 首先，在工程现场选取代表性岩石试件，进行爆炸激波对试样的损伤试验，进行了爆破损伤前后岩样的全应力-应变过程渗透性试验，得到可靠的试验数据，为相似材料的配比试验提供依据。基于现场岩石试件的试验数据研发了新型流固耦合相似材料，并确定其合理配比，为室内模拟实验和模型试验奠定基础。. 在室内模拟试验实测数据的基础上，深入分析动载条件下岩石损伤演化与渗流场变化之间的复杂机理，推导出损伤变量和渗透率之间的关系，构建了爆破荷载作用下的损伤-渗流耦合本构关系。利用 fish 语言将爆破荷载作用下的损伤-渗流本构模型嵌入到软件FLAC3D中。利用地质素描、声波测试和钻孔电视扫描等手段，检测爆破作用下现场岩体的损伤程度及范围，并钻取代表性试样进行渗透率量测，通过分析实测结果，验证和调整新建立的爆破损伤-渗流本构模型。. 制作三维模型试验台架、加载和量测系统，基于流固耦合相似材料和相似律进行海底隧道渗流模型试验；通过分析试验结果，并与工程现场实测数据对比，进一步验证和改进爆破损伤-渗流本构模型。基于改进后的爆破荷载作用下的损伤-渗流耦合本构关系，开展海底隧道大型三维施工过程的数值模拟，为设计理念的更新和施工技术的改进提出合理的建议。补充完善各种资料，编制课题研究报告。. 由于室内爆破试验难于开展，课题组利用基于爆破前后岩块物理力学性能劣化规律研制的相似材料，开展海底隧道开挖-渗流模型试验来代替爆破-渗流模型试验，并且达到了预期研究目标。除此之外，项目严格按照研究计划进行，达到预定研究目标。. 具体量化指标如下：发表高水平学术论文16篇（SCI检索3篇，EI检索7篇），录用待刊EI论文2篇，出版学术专著1部，培养博士生1人，硕士生3人，获行业协会二等奖1项，申请发明专利1项。