考虑能量耗散的深埋脆性裂隙岩体张开型劈裂破坏机理研究

随着基础建设的高速发展，交通、水利水电及能源工程不断向大规模方向发展，其所处的地质环境也愈加复杂。尤其在深埋和高地应力条件下，不少大型脆性裂隙岩体的洞室群在开挖卸荷过程中出现围岩劈裂破坏和张开性变形等非线性力学行为。本研究采用室内试验、理论分析和数值模拟等综合分析方法揭示劈裂破坏产生的机制及形成条件，研究劈裂张开性变形的产生机理。结合已取得的现场监测资料，通过考虑裂隙分布、地应力大小和方向、围岩类别、加卸载速率等多影响因素的室内试验，并引入能量积聚-耗散的观念，深入研究劈裂破坏发生、发展及最终破坏模式和特征，揭示其产生的条件和力学、变形及能量耗散机制。通过断裂力学、损伤力学和能量耗散理论建立产生劈裂破坏准则和反映劈裂张开性变形的非线性等效本构关系模型，并将其嵌入数值软件进行验证，开展实际工程的稳定性研究。本研究将对水电工程地质学及岩体工程稳定学领域有重要的理论意义和实际工程应用价值。

针对中国西南地区大型地下水电站厂房高边墙洞室脆性围岩开挖卸荷过程中出现的劈裂破坏这一特殊的工程地质现象。采用直线型滑移裂纹组劈裂简化模型，运用断裂力学、能量分析和裂纹扩展等分析方法，考虑围岩中原生裂隙的存在和在应力条件改变时，原生裂隙产生次生裂纹，继而形成近似平行洞室边墙的陡倾角劈裂裂缝的作用，获得了洞室周边围岩的劈裂破坏判据和反映劈裂张开性变形的围岩位移预测新方法。并将新方法应用到锦屏一级水电站地下洞室群实际工程中进行验证，其劈裂破损区和位移预测值均与工程现场监测结果具有较好的一致性。为水利水电等类似工程优化设计和优化开挖等提供科学依据。项目执行过程基本按照计划研究路线执行，预定目标基本实现。