裂隙化围岩的时效劣化力学特性及其在地下工程应用研究

由于地下工程中裂隙化围岩自身的初始损伤特征、所处的真三向应力状态和不利的富水赋存环境，其变形随时间渐进增长和强度随时间持续降低、进而引发失稳灾害的问题十分突出。针对这一裂隙化围岩的时效劣化特性，项目拟首先开展一系列饱水损伤岩石的真三轴压缩蠕变试验、岩石裂隙面的真三轴透水直剪蠕变试验和同步声发射监测，揭示其独特的时效力学特性和时效劣化机制；然后基于Boltzmann叠加原理和最小强度原则建立耦合损伤岩石时效劣化和裂隙面时效劣化的裂隙围岩"时效劣化典型单元体"，描述围岩整体时效力学特征和规律；进而通过元件开发和参数代换，构建裂隙围岩的时效劣化力学本构模型和数值分析方法。最后，通过对某水电站地下厂房长期时效变形与破坏的验证与应用分析，形成一套科学的裂隙围岩时效劣化评价与地下工程长期安全预警新方法。.项目研究成果可为地下工程安全建设和运行提供关键性理论指导和技术支撑，满足国家建设需求。

大型地下工程围岩体的时效劣化灾害问题十分频繁且危害巨大，但其时效劣化力学特性的内在机制并不清楚。为此本项目拟开展一系列损伤岩石的三轴、真三轴压缩蠕变试验、岩石裂隙面的真三轴透水直剪蠕变试验和同步声发射监测、现场真三向应力状态下开挖卸荷过程中岩体的裂纹时效开裂过程观测，揭示其独特的应力门槛效应、内部细观裂纹扩展-外部时效破坏-整体时效变形的时效劣化机制、张拉破坏模式；然后建立耦合损伤岩石时效劣化和裂隙时效劣化的岩体分数阶时效劣化力学本构模型和数值分析方法，并建立基于变形和支护荷载的“安全”、“预警”、“危险”三级长期安全预警等级方法。最后，通过对锦屏二级水电站地下厂房长期时效变形与破坏的验证与应用分析、白鹤滩水电站导流洞柱状节理裂隙围岩时效问题的应用研究，形成一套科学的裂隙围岩时效劣化评价与地下工程长期稳定性分析方法。