高地應(yīng)力區(qū)洞室圍巖開裂問題研究進(jìn)展

王義昌,盧文波,陳 明,嚴(yán) 鵬

(1.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430072; 2.武漢大學(xué)水工巖石力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430072)

高地應(yīng)力區(qū)洞室圍巖開裂問題研究進(jìn)展

王義昌1,2,盧文波1,2,陳 明1,2,嚴(yán) 鵬1,2

(1.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430072; 2.武漢大學(xué)水工巖石力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430072)

綜述了近年來國內(nèi)外高地應(yīng)力下地下洞室圍巖開裂問題的研究進(jìn)展,重點(diǎn)分析了圍巖開裂機(jī)理、應(yīng)力和應(yīng)變開裂判據(jù),總結(jié)了圍巖開裂影響因素及工程實(shí)際中常用的微震監(jiān)測(cè)、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)與監(jiān)控手段和常用的數(shù)值模擬軟件,并指出了當(dāng)前研究中存在的主要不足之處,包括爆破開挖、鄰洞開挖和中間主應(yīng)力對(duì)圍巖開裂的影響等,認(rèn)為爆炸荷載與地應(yīng)力動(dòng)態(tài)卸荷耦合分析、連續(xù)與非連續(xù)耦合數(shù)值模擬及地下洞室動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等將是今后的研究重點(diǎn)和突破方向。

地下洞室;圍巖開裂;高地應(yīng)力;開裂判據(jù);圍巖監(jiān)測(cè);數(shù)值模擬

圍巖開裂問題是指地下洞室開挖導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重分布,誘發(fā)圍巖出現(xiàn)片幫、剝落、層裂等由巖石裂紋擴(kuò)展引發(fā)的圍巖脆性破壞問題[1-3]。

隨著我國西南水電資源的不斷開發(fā),深埋巖體工程越發(fā)常見,高地應(yīng)力是這些工程面臨的首要問題。高地應(yīng)力下地下工程圍巖的破壞形式與低地應(yīng)力下明顯不同,主要為脆性開裂破壞[1,4-5],如二灘水電站所處區(qū)域地應(yīng)力為20～38MPa,廠房上下游拱座及下游邊墻中部多處發(fā)生圍巖剝落、片幫等破壞現(xiàn)象[6];瀑布溝水電站的地應(yīng)力水平為21～27MPa,廠房的上游拱角處發(fā)生片幫、剝落,廠房下游巖錨梁與圍巖結(jié)合部位出現(xiàn)明顯裂縫[7];錦屏Ⅱ級(jí)引水隧洞最大地應(yīng)力超過70MPa,隧洞多次發(fā)生巖爆,圍巖出現(xiàn)多種形式的開裂破壞問題[8]等。高地應(yīng)力下地下工程圍巖主要發(fā)生以開裂為主的脆性破壞,甚至可能誘發(fā)巖爆、圍巖持續(xù)松動(dòng)、大變形等工程災(zāi)害,給地下工程的可靠性和施工人員的安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

對(duì)高應(yīng)力地區(qū)圍巖開裂問題有一個(gè)較為深入的認(rèn)識(shí)始于20世紀(jì)80年代國外對(duì)深部巖體開挖擾動(dòng)區(qū)的研究。20世紀(jì)80年代,為開展放射性核廢物處置系統(tǒng)可行性研究,瑞典、瑞士、加拿大等國家相繼建立地下實(shí)驗(yàn)室,并對(duì)不同斷面、不同埋深條件下,洞室圍巖開裂機(jī)理、擾動(dòng)區(qū)分布以及開裂監(jiān)測(cè)等進(jìn)行了研究[2-3,9-11]。國內(nèi)對(duì)深埋洞室圍巖開裂問題的研究始于20世紀(jì)90年代,尤其是近幾年國內(nèi)錦屏、小灣、溪洛渡等大型水電站地下洞室建設(shè),為開展高地應(yīng)力區(qū)圍巖開裂問題研究提供了豐富資料和良好基礎(chǔ),很多學(xué)者采用不同方法,從不同的角度,在圍巖的監(jiān)測(cè)與分析、分區(qū)破壞、數(shù)值模擬等方面取得了很多研究成果[12-15]。

本文從圍巖開裂的機(jī)理、判據(jù)、影響因素、監(jiān)測(cè)與監(jiān)控手段、數(shù)值模擬等方面簡(jiǎn)要探討高地應(yīng)力區(qū)圍巖開裂問題的研究進(jìn)展以及今后的研究重點(diǎn)。

1 高地應(yīng)力下圍巖開裂機(jī)制

高地應(yīng)力區(qū)地下工程巖體處于三向受壓狀態(tài),本身積蓄了大量的能量,洞室開挖使得這些能量得以釋放,圍巖應(yīng)力發(fā)生重分布。圍巖應(yīng)力狀態(tài)的改變是導(dǎo)致圍巖開裂的直接因素,不同的學(xué)者從不同的角度進(jìn)行了研究。

1.1 壓剪開裂破壞機(jī)制

Walsh等[16]較早將雙向受壓情況下的二維翼型裂紋擴(kuò)展模型應(yīng)用到圍巖開裂破壞的分析中。在第一主應(yīng)力σ1和第三主應(yīng)力σ3作用下,裂紋先發(fā)生閉合而后轉(zhuǎn)換為Ⅰ型張拉裂紋進(jìn)行擴(kuò)展,得到裂紋的強(qiáng)度因子為

式中:a為裂紋長(zhǎng)度的一半;α為裂紋與σ3之間的夾角;μ為裂紋面的摩擦系數(shù);l為翼型裂紋的長(zhǎng)度。當(dāng)翼型裂紋滿足KⅠ=KⅠC(KⅠC為巖石的斷裂韌度)時(shí),裂紋發(fā)生穩(wěn)定擴(kuò)展。在此基礎(chǔ)上,Li等[17]認(rèn)為圍巖開裂是翼型裂紋擴(kuò)展、貫通并最終形成宏觀剪切帶的過程,并研究了巖石的斷裂韌度、彈性模量、裂紋密度、裂紋長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)圍巖開裂機(jī)制的影響。Eberhardt等[18]從細(xì)觀層面分析得到壓剪微裂紋的應(yīng)力集中主要發(fā)生在巖石的晶體界面,裂紋長(zhǎng)度與巖石晶粒尺寸有著密切關(guān)系。有學(xué)者在壓縮實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),巖石裂紋體積應(yīng)變?chǔ)與v先減小后增大,圍壓開裂破壞過程存在一個(gè)裂紋閉合階段[19],一定程度上印證了圍巖發(fā)生壓剪開裂破壞機(jī)制的合理性。

國內(nèi)朱維申等學(xué)者[20-22]基于壓剪開裂破壞模型,對(duì)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下圍巖的開裂機(jī)制及不同強(qiáng)度準(zhǔn)則下的開裂判據(jù)進(jìn)行了研究;劉寧等[23]在此基礎(chǔ)上將開裂圍巖視為薄板組合,確定了相應(yīng)的開裂判據(jù),計(jì)算得到圍巖的臨界應(yīng)力、應(yīng)變和圍巖開裂的范圍。

壓剪裂紋擴(kuò)展模型較好地解決了單一裂紋的擴(kuò)展情況,但實(shí)際巖石包含多種不同程度的缺陷,受壓條件下圍巖的真實(shí)開裂過程是多條裂紋相互聚集、貫通的結(jié)果。近年來,不少學(xué)者通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法,對(duì)兩條或多條裂紋的擴(kuò)展、貫通進(jìn)行了研究。Morgan等[24]通過高速攝影儀,研究了包含兩條預(yù)制裂紋的花崗巖在單軸壓力作用下,裂紋的開裂和貫通情況,結(jié)果表明兩條裂紋貫通過程中,張性裂紋、剪切裂紋或二者的混合型裂紋都可能出現(xiàn),裂紋的類型與微裂紋的方向度、兩裂紋夾角及距離有關(guān);在此基礎(chǔ)上,Lee等[25]選用3種不同材料試樣對(duì)同樣問題的試驗(yàn)研究表明裂紋的類型與材料的性質(zhì)也有直接關(guān)系。

1.2 劈裂拉伸破壞機(jī)制

實(shí)際工程中,洞室開挖將導(dǎo)致圍巖應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生調(diào)整,隧洞圍巖徑向應(yīng)力σ3卸載,切向應(yīng)力σ1發(fā)生加載,且靠近輪廓面處σ3的值接近零,而σ1和σ2則遠(yuǎn)大于零,很多學(xué)者以此作為突破口,研究了當(dāng)σ3等于或接近零時(shí)圍巖的開裂情況。Sahouryeh等[26]的雙軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)σ3等于零時(shí),中間主應(yīng)力σ2對(duì)裂紋的擴(kuò)展有明顯影響,裂紋擴(kuò)展平行于兩個(gè)加載方向。Cai[27]考慮巖體的不均勻性,采用數(shù)值計(jì)算工具模擬研究了類似應(yīng)力狀態(tài)下巖石的開裂情況,結(jié)果顯示σ2抑制了垂直于σ2方向裂紋的擴(kuò)展,裂紋擴(kuò)展方向平行于σ1和σ2。這些研究解釋了圍巖沿平行于輪廓面方向發(fā)生開裂、出現(xiàn)層裂破壞的原因,表明在雙向受壓、另一個(gè)方向壓應(yīng)力較小或接近零的情況下,圍巖發(fā)生劈裂拉伸破壞。

不少學(xué)者從細(xì)觀層面解釋了圍巖以拉裂為主的原因。Diederichs[28]采用PFC軟件模擬了受壓花崗巖的開裂破壞過程,結(jié)果顯示即使圍壓為20MPa,圍巖開裂破壞中的張拉型裂紋的數(shù)量也遠(yuǎn)大于剪切型裂紋的數(shù)量,認(rèn)為巖石的非均質(zhì)性(包括晶粒尺寸、礦物成分)是導(dǎo)致裂紋以張型裂紋為主的主要原因;Lan等[29]則研究了巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)(細(xì)觀尺寸、力學(xué)屬性、接觸屬性)的各向異性對(duì)開裂破壞的影響,結(jié)果也表明巖石的細(xì)觀各向異性導(dǎo)致了巖石內(nèi)部拉應(yīng)力的產(chǎn)生和相關(guān)裂紋的擴(kuò)展。

國內(nèi)錢七虎等[12,30-31]基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和模型試驗(yàn),采用簡(jiǎn)化的圓形巷道模型,分析了圍巖的應(yīng)變場(chǎng)和能量場(chǎng),發(fā)現(xiàn)在圍巖的極限平衡區(qū)邊界存在徑向應(yīng)變不連續(xù)和彈性應(yīng)變能聚集的情況,導(dǎo)致圍巖拉應(yīng)變超過其極限拉應(yīng)變,發(fā)生劈裂破壞,而極限平衡區(qū)向深處的不斷發(fā)展最終導(dǎo)致了圍巖多次發(fā)生劈裂破壞,產(chǎn)生多個(gè)平行于輪廓面的深部裂紋。王明洋則[32]基于自相似構(gòu)造模型,在考慮了巖石內(nèi)的缺陷后,發(fā)現(xiàn)在不同的受力和卸載速率下,巖石內(nèi)的缺陷部位會(huì)產(chǎn)生局部拉應(yīng)力,當(dāng)局部拉應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí),巖石發(fā)生脆性劈裂破壞。吳文平等[8]對(duì)錦屏Ⅱ級(jí)水電站隧洞開挖過程中遇到的片幫、剝落等圍巖破壞問題的分析也認(rèn)為高地應(yīng)力條件下,圍巖開裂破壞的主要機(jī)制是劈裂拉伸;而對(duì)于存在節(jié)理面或結(jié)構(gòu)面的圍巖,開裂破壞機(jī)制才轉(zhuǎn)為剪切破壞。

1.3 彎折斷裂機(jī)制

孫廣忠等[33]假定圍巖由洞頂拱條和邊墻板條組合而成,各板條切向連續(xù)徑向不連續(xù),具有一定的抗彎能力,當(dāng)洞壁圍巖變形過大,導(dǎo)致圍巖應(yīng)變超過其極限張應(yīng)變時(shí),圍巖發(fā)生開裂;吳文平等[8]認(rèn)為層狀或薄層狀圍巖在高圍壓下產(chǎn)生差異回彈,導(dǎo)致圍巖發(fā)生彎曲、折斷,最終導(dǎo)致圍巖開裂;侯哲生等[34]在研究圓形斷面隧洞的圍巖開裂問題時(shí),則采用弧形巖板進(jìn)行簡(jiǎn)化分析,隧洞開挖導(dǎo)致洞壁附近圍巖徑向應(yīng)力減小,切向應(yīng)力增大,隨著切向應(yīng)力的進(jìn)一步集中,巖板內(nèi)鼓彎曲,最終發(fā)生斷裂。彎折斷裂簡(jiǎn)化了圍巖開裂問題,從而可以采用傳統(tǒng)解析法來解決復(fù)雜的圍巖開裂問題;但與實(shí)際圍巖的開裂情況還是存在明顯的差異,實(shí)際工程中并不是所有圍巖均發(fā)生明顯的彎折變形,如圍巖的深部開裂問題。

總的來說,實(shí)際地下工程中,不同應(yīng)力狀態(tài)下圍巖的破壞機(jī)制不盡相同,低圍壓高集中應(yīng)力下,圍巖破壞的主導(dǎo)機(jī)制是拉伸破裂,隨著圍壓的提高,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐约羟衅茐臋C(jī)制為主;而受巖石的晶粒結(jié)構(gòu)、礦物成分,巖體中的節(jié)理、結(jié)構(gòu)面的影響,圍巖開裂破壞是個(gè)復(fù)雜的過程,伴隨著張拉開裂、剪切開裂及二者結(jié)合情況的發(fā)生,最終導(dǎo)致圍巖發(fā)生開裂破壞。

2 圍巖開裂判據(jù)

根據(jù)巖石的受壓破裂試驗(yàn)研究成果,巖石脆性開裂破壞過程大致可分為4個(gè)階段:裂紋閉合階段、線彈性階段、裂紋擴(kuò)展階段和宏觀剪切破壞階段;裂紋起裂的應(yīng)力值被定義為起裂應(yīng)力σci,裂紋進(jìn)入非穩(wěn)定擴(kuò)展階段的應(yīng)力值被定義為破損應(yīng)力σcd。以巖石的受壓試驗(yàn)為基礎(chǔ),很多學(xué)者提出了圍巖開裂的兩種主要判據(jù):應(yīng)變判據(jù)和應(yīng)力判據(jù)。

2.1 應(yīng)變判據(jù)

2.1.1 體積應(yīng)變?chǔ)舦

Brace等[35]在分析花崗巖、大理巖等多種巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線時(shí),發(fā)現(xiàn)體積應(yīng)變曲線起初表現(xiàn)為線性,而后曲線會(huì)脫離線性,圍巖開始發(fā)生擴(kuò)容,不同巖石的擴(kuò)容點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值約為峰值強(qiáng)度的50%。此后,Martin等[36]提出了能夠反映加載過程中裂紋閉合與擴(kuò)展的裂紋體積應(yīng)變?chǔ)與v的概念,定義εcv的計(jì)算公式為

式中:εv為體積應(yīng)變;E為彈性模量;ν為泊松比。通過式(2)計(jì)算得到巖石的εcv與應(yīng)力的關(guān)系曲線,當(dāng)εcv開始脫離零時(shí),巖石裂紋發(fā)生開裂,進(jìn)而可以確定巖石的起裂點(diǎn);但由于裂紋體積應(yīng)變?chǔ)與v是由巖石固有彈性參數(shù)計(jì)算得到的,導(dǎo)致εcv容易受巖石參數(shù)的影響,且由εcv確定的起裂應(yīng)力σci難以忽略已有裂紋的影響[18]。

2.1.2 橫向應(yīng)變?chǔ)舕

實(shí)際試驗(yàn)中,巖樣的橫向應(yīng)變?chǔ)舕要比體積應(yīng)變?chǔ)舦敏感,但直接采用εl來判斷巖石是否開裂有很大的主觀性。Nicksiar等[37]假定軸向應(yīng)力從零變化到σcd的過程中,橫向應(yīng)變?chǔ)舕是線性變化的,從而得到一條參考直線,計(jì)算實(shí)際應(yīng)力橫向應(yīng)變曲線與參考線之間的差值,由差值與軸向應(yīng)力關(guān)系曲線的峰值點(diǎn)作為巖石起裂點(diǎn),對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為巖石的起裂應(yīng)力σci。該法較好地排除了人為主觀性的干擾。Nicksiar測(cè)試了多個(gè)巖樣的σci值,并擬合直線,得到σci約為單軸抗壓強(qiáng)度的49%,與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的圍巖開裂應(yīng)力值(單軸抗壓強(qiáng)度σc的55%)比較接近。

2.2 應(yīng)力判據(jù)

2.2.1 最大主應(yīng)力法

Diederichs等[2]通過對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線切線模量的分析,提出“系統(tǒng)開裂”點(diǎn)的概念,并得到其值為單軸抗壓強(qiáng)度的35%～50%。Cai等[3]總結(jié)了多個(gè)單軸或三軸壓縮試驗(yàn),得到σci/σc的變化范圍為0.36～0.6。實(shí)際工程中,如果最大主應(yīng)力滿足σ1≥σci,則圍巖發(fā)生開裂,對(duì)不同的巖石,σci的取值范圍為單軸抗壓強(qiáng)度的35%～60%。

2.2.2 最大剪應(yīng)力法

Martin等[38]研究認(rèn)為圍巖發(fā)生脆性破壞時(shí),黏聚力和摩擦力并不同時(shí)起作用,裂紋在起裂后發(fā)生擴(kuò)展和張開,此時(shí)巖石主要靠黏聚力起作用,只有當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度,巖體破裂至產(chǎn)生相互摩擦?xí)r,摩擦力才發(fā)揮作用。結(jié)合Heok-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則, Martin發(fā)現(xiàn)脆性破壞條件下,Heok-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則中的參數(shù)m要取一個(gè)幾乎等于零的值,參數(shù)s則取0.11,進(jìn)而提出了巖石開裂的應(yīng)力準(zhǔn)則:

瑞典硬巖實(shí)驗(yàn)室(HRL)通過聲發(fā)射監(jiān)測(cè)得到圍巖開裂的應(yīng)力值滿足σ1-σ3≈25MPa[39],約為0.13σc,與式(3)有明顯差異。Cai等[3]通過與地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)(GSI)的結(jié)合,進(jìn)一步提出了更加符合實(shí)際的應(yīng)力判據(jù):

式中:σcm為考慮節(jié)理裂隙的巖體單軸抗壓強(qiáng)度;cm為巖體的黏聚力;φm為巖體的內(nèi)摩擦角。對(duì)一般硬巖,當(dāng)k取0.4～0.6時(shí),圍巖開裂;當(dāng)k達(dá)到0.8～1.0時(shí),裂紋聚集,巖石破裂。

值得注意的是,實(shí)際圍巖的剝落開裂強(qiáng)度要明顯低于巖石抗壓強(qiáng)度峰值[40],這與圍巖脆性破壞強(qiáng)度關(guān)系密切,目前以雙線性或“S”形巖石強(qiáng)度包絡(luò)線的研究最為大家所認(rèn)同[29.41]。

3 圍巖開裂的影響因素

3.1 初始地應(yīng)力

a.初始地應(yīng)力的大小對(duì)圍巖開裂情況有著直接的影響。巖體本身積蓄了大量的能量,地應(yīng)力越高能量越大,洞室開挖為巖體增加了自由面,這必然導(dǎo)致巖體能量的釋放,改變?cè)紟r體的賦存狀態(tài),圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生調(diào)整,并最終通過開裂、變形甚至巖爆等形式表現(xiàn)出來。Martin等[1,38]基于一定的理論和工程經(jīng)驗(yàn),提出了圍巖開裂最深點(diǎn)半徑df與圍巖應(yīng)力之間的關(guān)系:

式中a為隧洞的半徑。

b.初始地應(yīng)力與巖體強(qiáng)度的比值與圍巖開裂破壞形式有著密切的關(guān)系。Hoek等[4]在研究隧洞支護(hù)時(shí),發(fā)現(xiàn)在較低應(yīng)力條件下,洞室圍巖主要發(fā)生塊體脫落破壞,而高地應(yīng)力下,圍巖表現(xiàn)為明顯的脆性開裂破壞;Martin等[1]在此基礎(chǔ)對(duì)地應(yīng)力與巖體強(qiáng)度之比進(jìn)行細(xì)化分類,考慮節(jié)理對(duì)圍巖開裂的影響,提出節(jié)理巖體在不同的應(yīng)力強(qiáng)度比下,圍巖破壞的形式和范圍明顯不同。

c.主地應(yīng)力相對(duì)隧洞軸線的方向?qū)鷰r開裂范圍有直接的影響。由式(3)和式(4)不難發(fā)現(xiàn),對(duì)于同一個(gè)斷面,圍巖所受的主應(yīng)力差越大,圍巖開裂的情況越嚴(yán)重,而圍巖的應(yīng)力差與主應(yīng)力相對(duì)于隧洞軸線的方向有著直接的關(guān)系,Martin等[9]在研究中發(fā)現(xiàn):當(dāng)隧洞軸線與最大主應(yīng)力σ1的方向垂直或夾角接近90°時(shí),隧洞的開裂破壞范圍要明顯大于軸線與最大主應(yīng)力σ1平行或夾角較小的情況;對(duì)錦屏Ⅱ級(jí)地下隧洞開挖損傷區(qū)范圍的聲波監(jiān)測(cè)結(jié)果也表明,隧洞軸線垂直于最大主應(yīng)力時(shí),鉆爆開挖損傷明顯要大于軸線平行于最大主應(yīng)力時(shí)的情況[42];在水電站地下廠房的建設(shè)中,一般廠房軸線與主應(yīng)力方向都接近平行或夾銳角,盡可能地減小圍巖開裂的范圍。

3.2 圍巖特性

a.圍巖的地質(zhì)構(gòu)成與圍巖開裂有著直接關(guān)系。巖石由多種不同的礦物晶體混合膠結(jié)而成,巖石的礦物成分、晶粒尺寸、微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了巖石的各向異性,對(duì)圍巖的開裂造成影響。有研究表明,不同粒度的花崗巖體開裂情況明顯不同[43];巖石本身包含有大量的微裂紋,實(shí)際典型巖樣光片或薄片顯微觀察結(jié)果表明,微裂紋不僅在晶面之間存在,也從晶體內(nèi)部穿過。這些因素導(dǎo)致巖石的各向異性,影響巖石的抗裂性能。

b.巖體的質(zhì)量是影響圍巖開裂的另一重要因素。巖體是由巖石和結(jié)構(gòu)面混合形成的一種復(fù)雜的不連續(xù)介質(zhì),巖體中包含大量的節(jié)理、斷層,這些結(jié)構(gòu)面在很大程度上決定了巖體的質(zhì)量。與完整巖體相比,包含節(jié)理、斷層的巖體更容易沿節(jié)理或缺陷區(qū)域發(fā)生開裂,如:白鶴灘水電站所處區(qū)域巖體,擁有著十分特殊的柱狀節(jié)理,表現(xiàn)出明顯的各向異性,開挖造成的裂紋擴(kuò)展很大程度上是沿著本身已有的柱狀節(jié)理面進(jìn)行的;巖體中的結(jié)構(gòu)面也直接導(dǎo)致實(shí)際圍巖強(qiáng)度的下降,影響圍巖的開裂情況。

3.3 開挖方式

a.開挖方式對(duì)圍巖開裂情況有明顯影響。工程中常見的開挖方式有兩種:鉆爆開挖、機(jī)械開挖。Emsley等[39]的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,爆破開挖導(dǎo)致的聲發(fā)射活動(dòng)深度與機(jī)械開挖相比要深得多;加拿大AECL地下實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果顯示鉆爆開挖更易造成圍巖拉伸開裂,精細(xì)控制爆破可以減小鉆爆開挖引起的圍巖開裂;結(jié)合Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則,嚴(yán)鵬等[44]從鉆爆開挖引起圍巖動(dòng)態(tài)卸荷的角度,對(duì)開挖引起的圍巖破損范圍進(jìn)行了研究,表明鉆爆開挖造成的圍巖破損范圍更大。

b.支護(hù)的及時(shí)與合理性對(duì)圍巖的開裂也會(huì)產(chǎn)生影響。圍巖的開裂多伴隨著變形、剝落等破壞現(xiàn)象,這個(gè)過程實(shí)際是圍巖應(yīng)力再平衡的過程。Read[11]對(duì)AECL地下實(shí)驗(yàn)室的圍巖開裂情況進(jìn)行了總結(jié),發(fā)現(xiàn)對(duì)已發(fā)生開裂的圍巖,圍巖的剝落會(huì)進(jìn)一步引發(fā)更為明顯的剪切破壞,形成深“V”形開裂破壞區(qū),開裂的深度會(huì)不斷加深直到圍巖達(dá)到新的穩(wěn)定。實(shí)際工程中,錨桿和鋼筋網(wǎng)等支護(hù)手段的使用會(huì)明顯減小和控制圍巖的變形,給圍巖提供足夠的支持,保證圍巖的穩(wěn)定,進(jìn)而減小和控制圍巖開裂破壞的發(fā)生和擴(kuò)展[8]。

3.4 隧洞的斷面形狀

不同斷面形狀下圍巖的開裂情況明顯不同。圍巖開裂破壞多發(fā)生在開挖自由面切向應(yīng)力集中區(qū)域,而開挖斷面不同,圍巖的應(yīng)力重分布不同,導(dǎo)致圍巖開裂破壞的區(qū)域也不同[11];Martin等[38]對(duì)不同Hoek-Brown參數(shù)下圍巖的開裂破壞情況進(jìn)行的研究表明,方形隧洞的邊角區(qū)域出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,極易使圍巖發(fā)生脆性開裂破壞,這也表明合理的隧洞斷面形式設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)防圍巖的開裂有著重要的作用。

3.5 其他因素

影響圍巖開裂的因素還有含水率、溫度及化學(xué)、生物等因素。在開挖過程中新的開挖面不斷形成,開挖自由面的含水率、溫度不斷變化、波動(dòng),進(jìn)而影響和改變洞室圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,加劇洞室圍巖的開裂;圍巖自然化學(xué)性質(zhì)的改變和生物的生長(zhǎng)也會(huì)造成破損巖體性質(zhì)的改變,降低圍巖的強(qiáng)度,加劇已有裂紋的擴(kuò)展。

4 圍巖開裂的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控

地下工程圍巖監(jiān)測(cè)對(duì)洞室的噴錨支護(hù)、圍巖穩(wěn)定以及工程施工期、運(yùn)營期的安全都有著重要的作用。相比一般地下工程,高應(yīng)力區(qū)地下洞室開挖多伴隨著圍巖深部開裂,甚至可能引發(fā)巖爆,一般的圍巖監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)不能滿足其需要,必須用新的技術(shù)和方法來監(jiān)測(cè)和監(jiān)控圍巖開裂。

4.1 微震監(jiān)測(cè)

微震是指巖體在外力作用下,一個(gè)或多個(gè)局域源以彈性波的形式迅速釋放能量的過程。微震監(jiān)測(cè)技術(shù)起源于采礦誘發(fā)地震監(jiān)測(cè),后來被推廣應(yīng)用至隧道、核廢料深埋等地下工程監(jiān)測(cè)中,相比常規(guī)的變形監(jiān)測(cè),微震監(jiān)測(cè)能夠獲得巖體發(fā)生破裂的分布區(qū)域和密集程度等信息。AECL地下實(shí)驗(yàn)室在巷道密封試驗(yàn)中運(yùn)用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)來監(jiān)控整個(gè)試驗(yàn)區(qū)域的圍巖穩(wěn)定與脆性破裂情況[45];Cai等[46]則將微震事件的數(shù)量轉(zhuǎn)化為參數(shù)考慮到巖石的本構(gòu)關(guān)系中,對(duì)開裂區(qū)域巖體的屬性進(jìn)行校正,得到了圍巖開裂范圍;國內(nèi)有學(xué)者將微震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到隧洞開挖引發(fā)巖爆的預(yù)測(cè)和廠房圍巖的安全性評(píng)估中[47]。由于在圍巖開裂監(jiān)測(cè)、巖爆預(yù)測(cè)等領(lǐng)域的良好應(yīng)用,微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在深埋地下工程圍巖監(jiān)測(cè)中應(yīng)用越來越廣泛。

4.2 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)

聲發(fā)射現(xiàn)象是由Kaiser發(fā)現(xiàn)的,原理與微震現(xiàn)象基本一致,是指材料由于變形、晶界移動(dòng)、裂紋起裂與擴(kuò)展等造成的局部彈性應(yīng)變能瞬態(tài)釋放的現(xiàn)象[48]。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)在圍巖開裂監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用有很多,Eberhardt等[18]將巖石聲發(fā)射事件數(shù)與軸向壓力曲線斜率的突變點(diǎn)作為巖石的開裂點(diǎn),但Kaiser效應(yīng)及突變點(diǎn)判斷的主觀性導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的誤差;也有學(xué)者基于聲發(fā)射及其定位技術(shù),研究了受壓巖石的裂紋萌生、擴(kuò)展和貫通情況[49];AECL地下實(shí)驗(yàn)室在隧洞圍巖監(jiān)測(cè)中也廣泛使用了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)[45]。相比微震監(jiān)測(cè),聲發(fā)射頻率較高,在小范圍精細(xì)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究中應(yīng)用更多。

4.3 聲波監(jiān)測(cè)

與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)被動(dòng)接收不同,聲波監(jiān)測(cè)采取主動(dòng)發(fā)射彈性波,由聲波參數(shù)的變化情況來判斷巖體的力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。實(shí)際工程中多用聲波監(jiān)測(cè)圍巖損傷區(qū)的范圍、深度,如:錦屏Ⅱ級(jí)地下隧洞的損傷區(qū)范圍監(jiān)測(cè)采用了聲波測(cè)速法;Meglis等[50]采用超聲波速度層析成像技術(shù)對(duì)圍巖的邊墻、頂部區(qū)域微裂紋分布情況進(jìn)行了研究;張國華等[51]將現(xiàn)場(chǎng)聲波監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)合起來,對(duì)推進(jìn)式往復(fù)爆破作業(yè)下圍巖的累積損傷范圍進(jìn)行了研究,取得良好成果。

除了以上幾種監(jiān)測(cè)技術(shù),鉆孔取芯、鉆孔成像等也被應(yīng)用到圍巖開裂監(jiān)測(cè)中。這些技術(shù)都有各自的特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中,多根據(jù)具體情況選擇一種或多種圍巖開裂監(jiān)測(cè)技術(shù)以達(dá)到更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)效果。

5 圍巖開裂的數(shù)值模擬

結(jié)合圍巖開裂機(jī)制方面的研究進(jìn)展不難發(fā)現(xiàn),數(shù)值模擬在圍巖開裂各方面研究中的應(yīng)用越來越多。相比傳統(tǒng)力學(xué)分析、試驗(yàn)研究等手段,數(shù)值模擬有很多優(yōu)勢(shì),因而在近十幾年里得到快速發(fā)展,根據(jù)介質(zhì)是否連續(xù),數(shù)值模擬方法主要分為連續(xù)介質(zhì)法、非連續(xù)介質(zhì)法以及二者相結(jié)合的方法[52],以下對(duì)基于不同方法的常用軟件進(jìn)行分析。

5.1 連續(xù)介質(zhì)法

連續(xù)介質(zhì)法主要包括有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)、邊界元法(BEM),其中BEM主要用來模擬等效彈性連續(xù)體的遠(yuǎn)場(chǎng)巖石,在此不作詳細(xì)論述。

FLAC是一種基于拉格朗日差分法的顯式有限差分程序。它除了內(nèi)置的多個(gè)力學(xué)模型外,用戶也可使用自帶FISH語言來自定義模型,用來研究巖土領(lǐng)域中的各種非線性問題十分合適。Cai等[46]將裂紋密度ω考慮到巖石的本構(gòu)關(guān)系中,采用自定義模型對(duì)圍巖的開裂情況進(jìn)行了模擬,與實(shí)際情況比較接近。在研究不同應(yīng)力路徑對(duì)圍巖開裂的影響時(shí),Cai[53]采用FLAC與Phase2進(jìn)行了對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)在張拉和剪切兩種破壞形式下,圍巖的開裂范圍有明顯差異,究其原因主要是兩種軟件算法的差異造成的,FLAC軟件可以模擬圍巖的動(dòng)態(tài)卸荷,而Phase2只能以一種準(zhǔn)靜態(tài)的方式對(duì)圍巖開裂破壞范圍進(jìn)行模擬。

Phase2是一種平面隱式有限元程序,在圍巖穩(wěn)定性分析、開裂范圍等方面有廣泛應(yīng)用。Hidalgo等[54]采用Phase2軟件,對(duì)圍巖容易開裂的區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行加密,選用最大主應(yīng)變?chǔ)?、最小主應(yīng)變?chǔ)?與試驗(yàn)得到開裂應(yīng)變閥值進(jìn)行對(duì)比,得到圍巖開裂的深度,與實(shí)測(cè)結(jié)果十分接近。Cai等[46]在對(duì)圍巖實(shí)際開裂強(qiáng)度的研究中也采用了Phase2軟件,并考慮鉆爆開挖導(dǎo)致圍巖輪廓面不平整對(duì)圍巖開裂的影響,得到了不同時(shí)期圍巖的開裂深度和范圍,與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)十分吻合。

RFPA是基于有限元和統(tǒng)計(jì)損傷理論,考慮單元的細(xì)觀本構(gòu)關(guān)系,將缺陷分布的隨機(jī)性等統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律結(jié)合到數(shù)值計(jì)算中開發(fā)的程序[55]。Tang[55]從巖石的各向異性、巖石變形的非線性、巖石的破壞過程等3個(gè)方面詳細(xì)介紹了RFPA是如何滿足巖石脆性破壞的各方面要求的;RFPA對(duì)計(jì)算單元的力學(xué)參數(shù)(彈性模量、強(qiáng)度等)采用Weibull分布,充分考慮了巖石的非均勻性,并采用一種接近彈脆性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來模擬巖石的非線性特性;在裂紋擴(kuò)展、平行于輪廓面深部裂紋等方面,RFPA有廣泛的應(yīng)用[56]。

5.2 非連續(xù)介質(zhì)法

非連續(xù)介質(zhì)法主要有離散元法(DEM)和離散裂隙網(wǎng)格法(DFM),前者在圍巖開裂研究中的應(yīng)用較多,后者多用于巖體滲流分析中。

PFC是顆粒流分析軟件,主要從微觀結(jié)構(gòu)角度研究介質(zhì)的力學(xué)特性和行為,顆粒之間的接觸破壞形式可以分為剪切和張開兩種,比較適合用來研究巖體的破裂問題。運(yùn)用PFC研究巖石在壓力作用下發(fā)生開裂破壞以及裂紋貫通的研究有很多,但PFC數(shù)值模擬最重要的問題就是顆粒細(xì)觀參數(shù)的確定,研究中多通過實(shí)際壓縮試驗(yàn)與PFC模擬的對(duì)比,得到一個(gè)合理的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)[57];Cho等[58]提出了一種特殊的集群粒子模型,通過數(shù)值模擬與實(shí)際試驗(yàn)的對(duì)比,表明這種模型更能反映巖石的宏觀力學(xué)特性。此外,PFC在多條裂紋擴(kuò)展的聚集和貫通、裂紋方向角、圍壓對(duì)擴(kuò)展機(jī)理的影響等方面也有較好的應(yīng)用[59]。

顯式DEM軟件UDEC、3DEC等在巖石的破裂、圍巖的穩(wěn)定分析等方面的研究應(yīng)用很多,特別是用于研究巖石材料的各向異性對(duì)圍巖開裂的影響[29]、巖石不同受力狀態(tài)的開裂破壞過程[60];Kazerani等[61]還將集群粒子模型引入到UDEC中,通過接觸參數(shù)(剪切模量、摩擦角、黏聚力、抗拉強(qiáng)度等)的調(diào)整模擬獲得巖石的宏觀參數(shù)(彈性模量、泊松比等);朱煥春等[62]采用3DEC軟件,分析了結(jié)構(gòu)面對(duì)高應(yīng)力區(qū)地下洞室圍巖穩(wěn)定的影響。此外,基于擴(kuò)展DEM和隱式DEM的數(shù)值模擬方法在巖石開裂等方面的研究也越來越多[63-64]。

5.3 連續(xù)與非連續(xù)介質(zhì)結(jié)合法

連續(xù)介質(zhì)法在實(shí)際工程中用來分析圍巖的穩(wěn)定、小變形有自身的優(yōu)勢(shì),非連續(xù)介質(zhì)法在模擬包含多個(gè)裂紋、節(jié)理巖體的開裂破壞,且破裂塊體伴隨著大的位移等方面更加適合,因此采用二者結(jié)合的方法可以揚(yáng)長(zhǎng)避短,取得更好成果。

不少學(xué)者通過不同軟件的耦合計(jì)算研究圍巖的開裂,如Potyondy等[57]在圍巖開裂分析中,對(duì)可能發(fā)生開裂的區(qū)域采用PFC模擬,其他區(qū)域采用FLAC模擬,初始地應(yīng)力加在FLAC模型外邊界,模擬結(jié)果比較接近實(shí)際;Cai等[65]用FLAC/PFC耦合研究了大型地下洞室開挖過程中巖體的開裂及聲發(fā)射過程,研究中通過位移、速度、力在每一步計(jì)算中的數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)耦合,聲發(fā)射傳感器周圍的巖體采用PFC建模,其余巖體采用FLAC建模并考慮復(fù)雜地質(zhì)條件和開挖順序,分析結(jié)果表明與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)十分吻合;Cai[27]采用一種結(jié)合FEM/DEM的軟件ELFEN模擬了巖石雙向受壓應(yīng)力狀態(tài)下的開裂情況。Lisjak等[66]采用FEM/DEM的方法對(duì)頁巖的開挖損傷區(qū)分布和巖石破裂機(jī)制進(jìn)行了模擬和研究,取得較好成果。

6 存在的問題及展望

目前,國內(nèi)外關(guān)于高地應(yīng)力下圍巖開裂問題的研究,在圍巖開裂的機(jī)制、判據(jù)等方面已取得重要進(jìn)展,但對(duì)圍巖開裂問題的研究還不夠系統(tǒng)、全面。隨著我國西南地區(qū)水電資源的不斷開發(fā),面臨高地應(yīng)力問題的地下工程越來越多,進(jìn)一步推進(jìn)高應(yīng)力下圍巖開裂問題相關(guān)研究的不斷深入十分重要。

6.1 爆破開挖對(duì)圍巖開裂問題的影響

爆破開挖首先不能忽視爆炸動(dòng)荷載對(duì)圍巖開裂的影響。炸藥在巖體中爆炸,產(chǎn)生沖擊波,造成近區(qū)巖體發(fā)生壓碎破壞,往外沖擊波衰減為應(yīng)力波,在應(yīng)力波擾動(dòng)下圍巖發(fā)生應(yīng)力調(diào)整甚至產(chǎn)生拉應(yīng)力,造成巖石微裂紋擴(kuò)展;炸藥爆炸同時(shí),產(chǎn)生大量高溫、高壓氣體,高速膨脹的氣體滲入沖擊裂紋中,增大其尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子而使其進(jìn)一步擴(kuò)展,這些因素都將加劇圍巖的開裂破壞。

爆破開挖引起圍巖應(yīng)力的動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)圍巖開裂也有影響。鉆爆開挖下,新的開挖面在數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒時(shí)間內(nèi)形成,伴隨開挖進(jìn)行的巖體應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程[67],而目前研究多考慮為準(zhǔn)靜態(tài)過程。不少學(xué)者的研究表明,高地應(yīng)力下采用準(zhǔn)靜態(tài)研究爆破開挖對(duì)圍巖開裂的影響,忽略動(dòng)態(tài)卸荷及其引起的附加動(dòng)應(yīng)力的作用,顯然是不完整的[68-69],事實(shí)上,巖體應(yīng)力動(dòng)態(tài)釋放將導(dǎo)致開挖面巖體法向卸載、切向加載效應(yīng)的加強(qiáng),且爆炸荷載與附加動(dòng)應(yīng)力的耦合作用也會(huì)加劇圍巖的開裂。

6.2 鄰洞開挖對(duì)圍巖開裂問題的影響

隨著地下工程洞室規(guī)模的不斷擴(kuò)大,洞室密集程度的不斷提高,相鄰洞室間隔或同時(shí)開挖的情況時(shí)有發(fā)生。當(dāng)水平應(yīng)力較高時(shí),對(duì)于已開挖完畢形成自由面的隧洞,距離較近的相鄰洞室開挖容易引起圍巖應(yīng)力的二次分布,造成巖體的進(jìn)一步開裂;相距較遠(yuǎn)的洞室鉆爆開挖,易引起已開挖隧洞圍巖發(fā)生振動(dòng),也可能加劇圍巖的開裂情況;已形成的洞室自由面還會(huì)造成相鄰洞室鉆爆開挖過程中產(chǎn)生的壓應(yīng)力波反射成為拉應(yīng)力波,進(jìn)一步加劇圍巖開裂,由此可見,鄰洞爆破開挖對(duì)圍巖開裂問題的影響還需進(jìn)一步研究。

6.3 中間主應(yīng)力對(duì)圍巖開裂問題的影響

目前針對(duì)圍巖開裂應(yīng)力準(zhǔn)則方面的研究,多基于平面問題分析,沒有考慮第二主應(yīng)力σ2對(duì)圍巖開裂的影響;實(shí)際高地應(yīng)力區(qū)地下工程,中間主應(yīng)力的值一般比較大,甚至接近最大主應(yīng)力,中間主應(yīng)力對(duì)圍巖開裂的判據(jù)、范圍及裂紋的擴(kuò)展等方面的影響不容忽視[27]。進(jìn)一步通過力學(xué)試驗(yàn)、三維數(shù)值模擬來研究巖石的開裂及裂紋擴(kuò)展過程,確定中間主應(yīng)力對(duì)圍巖開裂的影響是對(duì)圍巖開裂問題研究的完善。

6.4 數(shù)值模擬的繼續(xù)研究及發(fā)展

數(shù)值模擬極大地推動(dòng)了圍巖開裂、裂紋擴(kuò)展等問題的研究,但也還存在一些不足,如:數(shù)值模擬在一定程度上簡(jiǎn)化了實(shí)際工程中的問題,忽略了部分重要因素(如巖石材料的各向異性等)對(duì)圍巖開裂問題的影響;目前常用的數(shù)值模擬軟件都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足,不能全面、綜合地反映圍巖開裂問題。因此,在巖石的材料不均勻性和力學(xué)各向異性對(duì)圍巖開裂機(jī)理的影響、開裂問題的三維數(shù)值模擬等研究領(lǐng)域,數(shù)值模擬雖已取得部分成果,但仍將會(huì)是以后圍巖開裂問題研究的重點(diǎn)和突破口。

6.5 減少、控制圍巖開裂問題方面的研究

圍巖開裂問題研究的最終目的是解決實(shí)際工程中給工程的安全、質(zhì)量帶來一系列隱患的圍巖脆性開裂破壞問題,因而如何有效地減少、控制地下工程洞室圍巖的開裂,有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于地下工程的復(fù)雜性,單純的依靠前期勘測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)獲得的地質(zhì)條件和巖石參數(shù)顯然是不夠的,必須結(jié)合原位測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段,綜合各種影響因素,獲得及時(shí)、準(zhǔn)確的圍巖力學(xué)參數(shù)和破壞形式,并及時(shí)反饋到工程的設(shè)計(jì)、施工中,局部?jī)?yōu)化工程設(shè)計(jì),指導(dǎo)具體施工措施,形成一個(gè)綜合、可靠的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)[70],盡可能減小、控制圍巖開裂帶來的一系列問題對(duì)地下工程的影響,促進(jìn)深埋高地應(yīng)力地下工程的發(fā)展。

7 結(jié) 語

隨著我國西南地區(qū)水電資源的不斷開發(fā),深部巖體工程將會(huì)是未來研究的重點(diǎn),同時(shí)這個(gè)領(lǐng)域的研究也將帶動(dòng)其他行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,如深部采礦、交通建設(shè)、核廢料處置等,而圍巖開裂是這些工程不可避免的問題。本文就高地應(yīng)力區(qū)圍巖開裂的機(jī)制、判據(jù)、影響因素等方面的研究進(jìn)行了綜述和總結(jié),對(duì)研究中的不足和今后的重點(diǎn)進(jìn)行了展望,相信這一問題的繼續(xù)研究對(duì)推進(jìn)水電等相關(guān)行業(yè)深部巖體工程的發(fā)展具有重要意義。

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A review of the rock fracture in cavern under high in-situ stress

WANG Yichang1,2,LUWenbo1,2,CHEN Ming1,2, YAN Peng1,2(1.State Key Laboratory ofWater Resources and Hydropower Engineering Science,Wuhan University,Wuhan 430072,China;2.Key Laboratory ofRock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering ofMinistry ofEducation,Wuhan University,Wuhan 430072,China)

In this paper,a review of recent research progress of rock fracture in underground cavern under high in-situ stress are presented.Themechanism of rock fracture,the stress and strain cracking criterions are thoroughly analyzed.The factors influencing the rock brittle fracture,the common methods of monitoring and control,such as micro-seismic monitoring,acoustic emission monitoring as well as the common numerical simulation softwares are summarized.In addition,the deficiencies of current research are pointed out,including the influence of blasting excavation,adjacent caverns excavation and the intermediate principal stress on the rock fracture.Finally,this paper proposed severalmajor points and breakthrough directions for future research,such as the coupled analysis of the blast loading and the dynamic unloading of the stress,continuous and non-continuous coupled numerical simulation and the dynamic design of underground cavern.

underground cavern;rock fracture;high in-situ stress;cracking criterion;rock monitoring;numerical simulation

TU457

A

1006-7647(2015)02-0085-10

10.3880/j.issn.1006 7647.2015.02.017

2013-12-26 編輯:熊水斌)

國家杰出青年科學(xué)基金(51125037);國家自然科學(xué)基金(51279135);高校博士點(diǎn)基金(20110141110026)

王義昌(1991—),男,河南洛陽人,碩士研究生,主要從事深部巖體工程圍巖開裂研究。E-mail:ycwang@whu.edu.cn