充水地下洞室长期稳定的机理研究

申请者在对龙游大型古地下洞室群的工程地质力学研究中发现，地下水不仅未对洞室围岩的稳定产生不利影响，相反，洞内充水是使洞室保持上千年稳定的主要原因。对该问题至今未有人给予关注，在地下油库等充水(液)洞室的设计中仍未考虑洞内所充的液体对洞室稳定的有利影响。基于此，本项目拟通过现场调查，查明充水洞室长期稳定的主控因素；通过室内试验和现场试验，查明不同充水条件下岩石的强度变化特征及时间效应，揭示充水洞室长期稳定的微观机理；通过三维数值模拟计算，探讨不同充水条件下的洞室围岩的应力场和变形场分布规律，揭示充水洞室长期稳定的宏观机理；采用强度折减法，对充水洞室在不同时间尺度下的稳定性系数进行计算，建立考虑充水条件下岩石强度时效性和充水对围岩的力学效应等因素的稳定性评价和预测方法。该项目的研究成果将对现代地下油库等工程长期稳定性评价和预测提供理论依据和研究基础。

本项目通过数值计算以及洞室围岩在充水情况与不充水情况下的风化速度的比较，从两方面阐述了充水对洞室长期稳定的影响机理；通过对洞室围岩表面凿痕的定量化测量，获取了围岩的风化速度，论述了微环境对洞室围岩风化速度的影响；针对洞室开发后未充水条件下产生的各种破坏现象，提出了相应的保护措施；通过对洞室特殊结构的稳定性分析，论证了洞室结构对其长期稳定性的影响；首次发现了在古地下洞室中用铅条堵水这一技术，并对其进行了论证；利用在古工程中已存在的结构面的变形进行了岩体的长期参数的反演，可以为预测洞室围岩的长期稳定提供参数支持；通过对预制裂纹岩样在浸入弱酸性水中一段时间后，裂纹被填充，又重新闭合，且强度也有所恢复，论证了砂岩在弱酸性长期充水条件下的自愈性，这对洞室的长期稳定也是有利的。