锦屏二级水电站深埋完整大理岩破坏机制的断裂力学分析

针对锦屏二级水电站深埋完整大理岩拉张型板裂化破坏和剪切型破坏,从断裂力学的角度对其发生机制予以解释。断裂力学理论表明,岩石在足够大轴向力作用下,其内部微裂纹在发生摩擦滑动或剪切滑移和自相似扩展后进一步弯折扩展。隧洞开挖后洞壁围岩径向应力降低,切向应力增大。当径向应力为零时,弯折裂纹继续发展,围岩产生平行于洞壁的破裂面,即产生拉张型板裂化破坏;当洞壁围岩存在一定径向应力时,弯折裂纹停止扩展转化为剪切裂纹扩展,即围岩产生剪切型破坏。对锦屏二级水电站深埋完整大理岩破坏机制的分析,为类似深埋隧道工程围岩失稳破坏机理的解释具有一定借鉴作用。     

锦屏二级水电站深埋完整大理岩基本破坏方式及其发生机制

 通过对锦屏二级水电站隧洞工程的现场调查,针对深埋完整大理岩,归纳并分析其在隧洞开挖后的4种基本破坏方式及其发生的机制：(1) 拉张型板裂化岩爆：洞壁围岩因开挖卸荷发生拉张型板裂化,同时岩板积聚弹性应变能,当应变能积聚到一定程度时,岩板由于受扰动突然失稳释放应变能形成岩爆。(2) 拉张型板裂化片帮：洞壁围岩发生拉张型板裂化,岩板向洞内发生内鼓弯折,最后岩板失去支撑,在重力作用下垮塌脱离母岩。(3) 剪切型岩爆：洞壁围岩首先形成潜在剪切楔形体,楔形体积聚弹性应变能,当潜在剪切面上的剪应力超过岩体的抗剪强度时楔形体被突然抛出形成岩爆。(4) 剪切型片帮：先形成剪切楔形体,楔形体逐渐与母岩分离,并在重力作用下垮塌脱离母岩。实际工程中,4种基本破坏方式可单独发生也可组合发生,且拉张型破坏的发生频率高于剪切型破坏。锦屏二级水电站深埋完整大理岩基本破坏方式的归纳,对深入认识深埋完整硬岩的力学行为具有重要的工程实际意义。     

深埋圆形隧洞板裂化弧形岩板凹曲变形的论证

以锦屏二级水电站TBM开挖的圆形断面施工排水洞为例,首先根据围岩实际破坏特性明确指出围岩劈裂后产生弧形岩板的客观存在性,然后提出其存在发生凹曲变形（指其发生弯曲方向指向隧洞外部、半径减小即曲率增大的弯曲变形）的可能性,最后从力学分析与数值试验两个方面对弧形岩板发生凹曲变形的可能性进行了论证。论证显示：对处于垂直地应力与水平地应力不相等条件下的深埋圆形隧洞,弧形岩板可以发生凹曲变形,发生的控制因素是两向应力差对圆形隧洞产生的垂直方向压缩、水平方向拉伸的压扁作用。弧形岩板凹曲变形的论证对今后深入认识深埋圆形隧洞完整或较完整硬岩动力破坏的发生机制提供了一条新思路。     

锦屏二级水电站大理岩拉张型板裂化破坏研究

以锦屏二级水电站隧洞完整大理岩拉张型板裂化破坏的两种形式,即拉张型板裂化岩爆和拉张型板裂化片帮为研究对象,给出其发生发展全阶段的破坏机理,包括从断裂力学的角度解释拉张型破裂面的产生及拉张型板裂化岩爆和拉张型板裂化片帮各自发展至破坏的机制。为深入研究拉张型板裂化岩爆,还使用FLAC3D有限差分数值分析软件对岩板积聚能量过程进行模拟研究。