深部软弱围岩蠕变损伤特性及其应用研究

随着矿山开采深度的不断增加和交通及水利水电建设的不断发展，井下巷道、铁路公路和水工隧洞将处在更高的应力环境中。由于高应力环境下的软岩隧洞围岩具有显著的流变性和非线性大变形等特点，其围岩的稳定控制和隧洞支护已成为突出问题。为此，本项目拟采用室内流变试验、现场量测、流变力学和损伤力学理论分析及拉格朗日元数值模拟等方法，分析高应力环境下软岩蠕变损伤特性，引入与应力水平和时间效应均相关的蠕变损伤变量，建立能反映参数综合损伤弱化的软岩蠕变损伤本构模型。依据现场量测资料，采用拉格朗日元正分析和粒子群优化算法相结合的方法，反演围岩基本力学参数和模型参数。在此基础上，应用拉格朗日元数值分析方法，探讨不同支护方式和刚度、不同开挖方式、不同开挖步骤下围岩与支护系统相互作用的时间效应，揭示深部支护结构与软弱围岩受力与变形相互作用的规律。其研究成果对深部软岩隧洞围岩稳定控制和支护设计具有重要的指导意义。