爆破与瞬态卸荷耦合作用下深埋隧洞围岩损伤演化机制项目摘要

爆破导致的开挖面上地应力瞬态释放是深部岩体开挖扰动的主要因素之一。本项目针对深埋隧洞毫秒延迟爆破全断面开挖和开挖掌子面循环推进过程，拟采用理论分析、数值计算和现场试验验证相结合的方法，研究爆破与瞬态卸荷耦合作用下的围岩损伤演化机制。通过深埋隧洞钻爆开挖岩体开裂破碎过程模拟，建立爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用的三维力学模型；分析深埋隧洞爆破开挖过程中围岩动静组合应力场的时空变化规律，研究爆破与瞬态卸荷反复作用下的围岩损伤机理与演化过程，揭示深埋隧洞钻爆开挖围岩损伤时域内的演化历程和空间分布特征，提出反映爆破与瞬态卸荷耦合作用反复扰动影响的深埋隧洞开挖爆破损伤安全阈值。研究成果可为深埋隧洞开挖围岩损伤和变形控制提供理论依据，在水电、交通、深部采矿和核废料深埋处置等工程领域具有广阔的应用前景。

项目以西南高山峡谷地区大型水电工程建设为背景，针对深埋隧洞毫秒延迟爆破全断面开挖和开挖掌子面循环推进过程，研究了深部高地应力岩体爆破破碎过程，确定了爆破开挖面上地应力瞬态卸荷力学过程，建立了爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用力学模型；通过研究爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用反复扰动引起的围岩应力场调整和围岩损伤演化过程，探明了深埋隧洞爆破开挖诱发围岩损伤破坏的动力扰动机制，揭示了深埋隧洞爆破开挖围岩损伤时域内的演化历程和空间分布特征，提出了反映爆破开挖扰动反复作用影响的深埋隧洞开挖爆破损伤安全阈值。结合项目研究，发表论文16篇，其中SCI论文6篇、EI论文6篇，出版专著1部，培养硕士研究生4人。项目成果有助于加深对深部岩体工程开挖扰动区形成机理与演化规律的认识，丰富了深部岩体开挖效应的分析理论与计算方法，在水利水电、深部采矿和核废料深埋处置等深部岩体工程领域具有推广应用前景。 2100433B

《深部岩体开挖瞬态卸荷机制与效应》主要介绍深埋洞室岩体开挖瞬态卸荷机制、效应和控制技术，包括深部岩体开挖瞬态卸荷力学过程和计算模型、钻爆开挖过程围岩应力和应变能的瞬态调整机制、深部岩体开挖瞬态卸荷激发的围岩振动、深部岩体爆破开挖引起的围岩开裂机制和岩爆效应、深部岩体爆破开挖过程中的围岩损伤演化机制、开挖瞬态卸荷引起的围岩松动与变形机制、深部岩体开挖瞬态卸荷动力效应控制技术等内容。

我国西南地区水电站地下厂房开挖诱发的围岩位移突变问题十分突出，对工程建设顺利进行和人员设备安全提出严峻挑战。本项目以深埋地下厂房爆破开挖瞬态卸荷诱发结构面的扩展和变形机制为研究主线，采用理论分析、数值模拟与室内试验相结合的方法，研究爆炸荷载和开挖瞬态卸荷的耦合作用对围岩位移突变的影响。通过分析爆破开挖过程中爆炸荷载与开挖瞬态卸荷的耦合作用机制，确定地下厂房爆破开挖过程中围岩的动力扰动特性；基于围岩结构面的动力响应特征，建立结构面扩展贯通与张开滑移变形之间的相互关系；研究爆破开挖过程中围岩位移突变的形成机制，建立围岩位移突变的分析模型；确定动力扰动下围岩变形突变分布特征，提出深埋地下厂房爆破开挖瞬态卸荷对围岩变形突变影响的分析方法，为深埋地下厂房岩体开挖变形控制和稳定性评价提供理论依据。研究成果在大型水电站地下厂房、核废料深部处置库、地下能源储藏库、深部采矿等领域具有广阔的应用前景。

我国西南地区水电站地下厂房开挖诱发的围岩位移突变问题突出，对工程建设顺利进行和人员设备安全提出挑战。本项目以深埋地下厂房爆破开挖瞬态卸荷作用下，结构面的扩展和变形机制为研究主线，研究爆炸荷载和开挖瞬态卸荷的动力扰动对围岩位移突变过程的影响。 从深部岩体钻爆开挖过程中炮孔内部压力分布到破裂面初始应力释放整个过程理论分析入手，明确了钻爆开挖过程中围岩应力的瞬态变化过程，建立了基于动力有限元计算程序的爆破开挖瞬态卸荷数值分析方法，明确了爆炸荷载与地应力瞬态卸荷的耦合作用过程；通过真三轴拉压试验机、声波仪以及岩土多功能试验机研究了不同应力状态下，应力波的传播衰减规律，总结了应力波传播过程中结构面的动力响应特性。 对岩样进行不同受力路径下的卸围压试验，研究岩体卸荷破裂特性，得到岩体结构面卸荷开裂特性，并推导出不同应力条件下结构面尖端的抗脆断力学性能；基于理论分析和数值模拟方法，对地下厂房开挖卸荷作用下的围岩开裂过程进行研究，明确了不同地应力条件下开挖诱发围岩结构面开裂扩展特性及影响因素；引入新的岩体损伤的评价指标，明确了深埋隧洞开挖形成的二次应力场与爆破开挖卸荷诱发的动力扰动组合作用是导致围岩损伤破坏的主要原因。 研究了节理岩体的卸荷变形过程与分布特性，明确了卸荷过程对岩体位移突变的主导作用与位移分布特性，以及爆破荷载及地应力瞬态卸荷诱发的结构面张开滑移过程；以自制的深部岩体开挖卸荷模拟装置进行室内试验，研究了深埋地下洞室的边墙位移突变分布特性，明确了位移突变形成过程中的诱发因素和影响机制。提出了基于时序控制断裂爆破方法和刻槽孔爆破方法的爆破施工工艺，控制位移突变风险。研究成果在大型水电站地下厂房、核废料深部处置库、地下能源储藏库、深部采矿等领域具有广阔的应用前景。 2100433B