基于岩体结构-强度-高应力控制的洞室围岩变形与破坏演化机制研究

西部水电建设中地下工程具有规模空前、地质条件复杂、大埋深高应力等特点，岩体结构-强度-高应力相互作用，岩体非线性特征强烈，洞室变形与破坏演化机理复杂。针对洞室围岩在岩体结构－强度－高应力相互作用下的变形与破坏演化机制科学问题，在基于小尺度范围反映岩体结构与应力影响的岩样现场真三轴力学机制试验研究成果基础上，以深度开发的反映材料屈服及岩体破裂行为的力学与几何非线性模型为特色的非连续数值模拟方法为手段，以锦屏二级引水隧洞或锦屏一级厂房等典型的高应力和岩体结构控制下的地下洞室围岩为对象，研究在岩体结构、强度及高应力共同控制条件下，洞室围岩的变形与破坏演化机制与力学规律，为西部复杂条件地下洞室开挖与支护问题提供理论研究基础。

西部水电建设中地下工程具有规模空前、地质条件复杂、大埋深高应力等特点，岩体结构-强度-高应力相互作用，岩体非线性特征强烈，洞室变形与破坏演化机理复杂。针对洞室围岩在岩体结构－强度－高应力相互作用下的变形与破坏演化机制科学问题，在基于小尺度范围反映岩体结构与应力影响的岩样现场真三轴力学机制试验研究成果基础上，以深度开发的反映材料屈服及岩体破裂行为的力学与几何非线性模型为特色的非连续数值模拟方法为手段，以锦屏二级引水隧洞、KAROT地下厂房、锦屏一级厂房等典型的高应力和岩体结构控制下的地下洞室围岩为对象，研究在岩体结构、强度及高应力共同控制条件下，洞室围岩的变形与破坏演化机制与力学规律。项目取得主要成果包括：高应力区地下工程围岩变形破坏特征分析；高应力条件岩体的力学特性与本构模型，获得大理岩的幂函数型非线性Mohr强度准则；完成了小尺度范围反映岩体结构与应力影响的岩样现场真三轴力学机制试验；长江科学院自主开发了LWZ-1000型中尺寸真三轴微机伺服试验系统，并对T2b大理岩进行了加载和卸载路径的真三轴试验研究；高阶非连续变形分析方法（DDA）研究及应用；采用非连续变形分析方法研究地下洞室岩体结构-应力-强度对洞室稳定性的作用机理，以巴基斯坦KAROT地下厂房为例，分析岩体结构、强度和地应力对于层状岩体地下洞室岩体稳定、变形模式、支护受力特征的作用；针对多裂纹扩展的数值流形法中问题，通过在裂纹尖端影响区域内的物理片上增加用于模拟应力奇异性的增强位移函数，发展了扩展的数值流形法，方便岩体结构—高应力破坏过程的模拟。项目取得岩体结构、强度及高应力共同控制条件下洞室围岩的变形与破坏演化机制与力学规律可为西部复杂条件地下洞室开挖与支护问题提供理论研究基础。