动静荷载共同作用下深部巷道围损伤演化规律研究

深部地下工程的爆破开挖过程中，围岩不仅承受很高的静荷载作用，还受到爆破振动的间歇性动力扰动作用。动静载荷共同作用下，岩体的力学特性与其静力学或动力学特性存在较明显的差异。本项目以安徽冬瓜山铜矿的深部巷道工程为例，分析地下采场开挖循环作业过程中巷道围岩的爆破振动特征、二次应力场分布特征和初始损伤特征；运用超声波检测技术，研究开挖爆破反复扰动下巷道围岩的声波速度变化规律，揭示间歇性爆破振动和岩体流变损伤共同作用下深部巷道围岩破裂区、塑性区和弹性区岩体的损伤演化规律，并通过试验数据的统计分析构建围岩的损伤演化模型；在此基础上，基于超声波测试技术和岩体分级理论，提出动静荷载共同作用下深部巷道围岩力学性能弱化的定量评价和预测方法。项目研究成果将在深部地下矿山、水利水电和核废料处置库等工程领域具有广阔的应用前景。

深部地下工程的爆破开挖过程中，围岩不仅承受很高的静荷载作用，还受到爆破振动的间歇性动力扰动作用。动静载荷共同作用下，岩体的力学特性与其静力学或动力学特性存在较明显的差异。本项目以深部隧洞工程为例，对比分析了TBM与钻爆开挖条件下围岩的初始损伤特征，声波检测结果表明高地应力条件下爆破损伤及其动力扰动作用下岩体的损伤程度较机械开挖更为显著。爆破开挖所产生的P波是扰动岩体的主要波动形式，通过理论分析，研究了P波作用下圆形和直墙拱形隧道围岩中动应力与振动速度的分布特征。以大冶铁矿和锦屏电站为例，运用超声波检测技术，研究了开挖爆破反复扰动下巷道围岩的声波速度变化规律。以离散元分析为手段，揭示了高应力条件下岩石的流变损伤演化的细观力学特征，阐明的地下工程围岩的损伤演化过程。在上述研究基础上，分析了动静荷载共同作用下围岩的损伤演化特征，同时，基于离散元数值模拟方法，阐明了动力扰动与应力腐蚀耦合作用下岩石的损伤演化规律。基于超声波测试技术和岩体分级理论，提出了基于Hoek-Brown强度理论的围岩力学性能弱化的定量评价方法，并发明了2种抗大变形、抗扰动的锚杆加固方法。项目研究成果初步揭示了动静力耦合作用下深部地下工程围岩的损伤演化规律及细管力学机制，有助于认识和控制深部地下矿山、水利水电和核废料处置库等地下工程围岩的损伤问题。