强地震作用下深部高应力地下厂房围岩分区破裂化机理的多尺度数值模拟

本项目紧密围绕深部裂隙岩体动态力学特性与强地震荷载作用下深部高应力地下厂房围岩可能产生分区破裂化现象这两个关键科学问题开展研究，建立强地震荷载速率、地震波动频谱、波长与裂纹扩展速率之间的关系，地震波的传播和衰减规律与裂隙岩体动态力学参数之间的关系以及裂隙岩体动态损伤本构模型，提出强地震荷载作用下深部高应力地下厂房围岩分区破裂化破坏过程的多尺度数值计算方法，揭示深部高应力地下厂房围岩的分区破裂化破坏机理和动力灾变失效机制，分析地震荷载速率、地震荷载大小和持续时间、裂隙岩体细观力学参数和动态力学参数、地应力大小和动态断裂韧度对深部裂隙岩体分区破裂化破坏机理的影响。该项目的研究成果有助于我们揭示深部高应力地下厂房的动力响应规律和动力灾变过程，为目前急需的深部高应力地下厂房的抗震设计、安全建设和运营提供科学依据。

将非欧几何理论引入深部岩体变形破坏分析，将分区破裂化现象与非欧几何参数联系起来，对动(地震)荷载作用下深部圆形和球形洞室围岩的变形破坏机理进行了研究，首次建立了非静水压力条件下和考虑轴向应力影响下深部圆形和球形洞室连续和裂隙围岩变形破坏的动静态非欧几何模型,确定了深部圆形和球形洞室连续和裂隙围岩破裂区的宽度和数量，揭示了深部岩体分区破裂化的机理，研究成果发表SCI论文16篇，获国家科技进步一等奖1项（排名第8），中国岩石力学与工程学会自然科学一等奖1项（排名第1），省部级二等奖1项（排名第1），申请发明专利2项，授权实用新型专利1项，应邀作国际学术大会特邀报告3次，培养博士1名，举办国际和国内学术会议各1次，超额完成了项目规定的各项任务。主要结论如下：.① 由于深部岩体与浅部岩体所处的地质环境有本质的差别，导致两者的物理力学特性有显著的差异。浅部岩体内部为欧氏几何空间，其变形破坏机制表现为协调变形，可以通过欧氏几何空间下的经典连续介质力学方法进行分析。深部岩体的一系列新的工程响应现象，仅仅运用浅部岩体的分析方法已经不能得到圆满的解释，鉴于深部岩体内部的非连续和非协调变形，可以采用非欧几何理论对其进行描述。.② 采用标量曲率对深部岩体内部的几何空间进行描述，首次建立了非静水压力条件下和考虑轴向应力影响下适合深部圆形和球形洞室连续围岩变形破坏的动静态非欧几何模型，获得了深部圆形和球形洞室连续围岩的应力场，揭示了动(地震)静态荷载作用下深部岩体发生分区破裂化的机理，确定了动(地震)荷载速率、动(地震)荷载大小和持续时间、轴向应力和围岩动静态宏观力学参数对深部连续围岩分区破裂化现象的影响。数值计算结果与已有的相似模型试验结果对比分析，验证了本文模型的正确性；.③首次建立了非静水压力条件下和考虑轴向应力影响下适用于深部裂隙岩体变形破坏的动静态非欧几何模型，揭示了高地应力状态下裂隙从稳定扩展、失稳扩展到连接的规律，确定了围岩细观力学参数、断裂韧度和轴向应力对深部裂隙围岩分区破裂化现象的影响，揭示了深部裂隙岩体发生分区破裂化的机理，数值计算结果与已有的相似模型试验结果对比分析，验证了本文模型的正确性。