深部裂隙岩体峰后碎裂变形特性及其锚固效应试验研究

深部资源开发中地下洞室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题，但目前对峰值强度后的变形特征和强度特性及锚固效应研究不足，认识不充分，常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。本课题研究峰后碎裂岩体的变形破坏特征及其锚固作用下破碎岩体中应力场的变化过程，揭示深部裂隙岩体峰值强度后的变形破坏特性及其演化规律和锚固特性。采用现场岩石试件进行峰后碎裂试验和大尺度裂隙岩体三维模型试验，研究深部裂隙岩体峰后的几何结构效应、力学性能和变形破坏特性及其演化规律，建立高地应力作用下峰后碎胀效应的碎裂准则和碎裂演化本构方程。通过对碎裂岩体锚固模型试验，研究峰后碎裂岩体锚固效应及其应力场的变化过程，揭示峰后碎裂岩体锚固机理。通过以上研究，建立深部裂隙岩体非连续力学的理论模型及其峰后碎裂岩体锚固效应的控制措施，为深部裂隙岩体稳定性控制和锚固优化提供理论基础和分析手段。

随着水电、公路及铁路等重大工程建设，我国正在或即将修建20多个世界级的大型水利水电工程及数万公里的交通隧道工程。在这些工程建设中，存在着大量的长大隧洞（隧道）和特大型地下厂房（洞室群），其工程特点是埋深大，地质条件复杂，地应力水平高，给工程建设带来了极大的挑战。深部资源开发中地下洞室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题，但目前对峰值强度后的变形特征和强度特性研究不足，认识不充分，常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。本课题研究峰后碎裂岩体的变形破坏特征及其应力场的变化过程，揭示深部裂隙岩体峰值强度后的变形破坏特性及其演化规律。采用类岩石试件开展了峰后碎裂试验，研究了深部裂隙岩体峰后的几何结构效应、力学性能和变形破坏特性及其演化规律，建立了高地应力作用下峰后裂隙岩石碎胀效应的碎裂准则和碎裂演化本构方程。研制了模拟岩体非连续大变形的真三维加载大型物理模型试验系统，开展了大尺度深部多组裂隙岩体三维模型试验，揭示了深部多组裂隙岩体在不同条件下开挖围岩应力应变规律和变形破坏演化机理。提出了多组贯穿裂隙岩体以及随机分布贯穿裂隙岩体变形的计算模型，基于应变能密度理论建立了岩石单元的损伤和破坏判别准则，基于流形覆盖的思想，结合颗粒接触模型，构建了可以从宏细观角度分析岩体破裂全过程的一种新的颗粒离散元数值方法，研究了峰后碎裂岩体在开挖强卸荷作用下应力场的变化过程，揭示了峰后碎裂岩体变形破坏机理。通过以上研究，建立了深部裂隙岩体非连续力学的理论模型，为深部裂隙岩体稳定性控制提供了理论基础和分析手段。