高地应力条件下围岩劈裂破坏的判据及薄板力学模型研究.PDF

第 27 卷 增 1 岩石力学与工程学报 Vol.27 Supp.1 2008 年 6 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2008 高地应力条件下围岩劈裂破坏的判据及 薄板力学模型研究 1 1，2 3 4 刘 宁 ，朱维申 ，于广明 ，李晓静 (1. 山东大学 岩土与结构研究中心，山东 济南 250061 ；2. 中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071 ； 3. 青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 266033 ；4. 山东建筑大学，山东 济南 250061) 摘要：对于处在高地应力下的脆性围岩中的地下洞室群，开挖时洞室围岩容易出现纵向的劈裂裂缝，导致脆性开 裂，形成劈裂性平行大裂缝组，通常会伴有剧烈的变形破坏发生，如岩爆等，将危及工程使用的安全性。首先从 劈裂裂纹的贯通机制出发，在断裂力学应力强度因子分析的基础上，根据劈裂裂纹的扩展过程确定围岩发生劈裂 破坏的判据，然后通过该判据判断围岩的应力状态，确定劈裂范围，并将劈裂围岩视为薄板模型。根据柯克霍夫 平板理论检验薄板模型的适用性，在薄板模型的基础上建立劈裂范围内围岩的临界应力、位移的解析计算公式。 以瀑布沟水电站为工程背景，将劈裂判据编成FISH 语言内嵌到 FLAC3D 中，计算得到围岩的劈裂破损区。在此基 础上利用薄板力学模型计算其临界应力和最大位移，并与数值计算结果吻合较好，表明所提出的劈裂判据和薄板 力学模型能够较准确地预测围岩劈裂破坏范围和计算劈裂围岩的应力和位移，可以为高地应力下地下工程的稳定 性评价及支护设计提供参考。 关键词：岩石力学；断裂力学；劈裂破坏；薄板；高地应力 中图分类号：TU 452 ；O 346.1 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2008)增 1 –3173 –07 RESEARCH ON MECHANICAL MODEL OF THIN PLATE AND SPLITTING FAILURE CRITERION FOR SURROUNDING ROCKS WITH HIGH GEOSTRESS 1 1，2 3 4 LIU Ning ，ZHU Weishen ，YU Guangming ，LI Xiaojing (1. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering ，Shandong University ，Jinan ，Shandong 250061 ，China； 2. Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430071 ，China；3. College of Civil Engineering ，Qingdao Technological University，Qingdao，Shandong 266033 ，China；4. Shandong Jianzhu University ，Jinan ， Shandong 250061 ，China) Abstract ：When the