深埋地下厂房开挖瞬态卸荷诱发围岩位移突变机理

Abrupt displacement in surrounding rockmass induced by excavation of underground powerhouses in Southwest China is an outstanding problem, which is a challenge to safe and smooth construction. Focusing on the development and deformation of structural planes under blasting excavation transient unloading in deep underground powerhouse construction, theoretical analysis, numerical simulation and laboratory tests are adopted, to study the dynamic disturbance of blasting load and transient unloading on abrupt displacement in surrounding rockmass. By analyzing the coupling mechanism of blasting load and excavation transient unloading, the dynamic disturbance characteristic in blasting excavation of underground powerhouse is determined. Basing on the dynamic response of structural planes in surrounding rockmass, the relationship between structural plane development and deformation is established. The formation mechanism of abrupt displacement in blasting excavation is studied, and the analysis model is built. The distribution of abrupt displacement under dynamic disturbance is determined, and the analysis method is put forward for the influence of blasting excavation transient unloading on abrupt displacement in surrounding rockmass, providing theoretical support for deformation control and stability evaluation for deep underground rockmass. The result of this study can be widely applied in large-scale underground powerhouse, nuclear waste underground deposit, underground fuel storage, deep mining, etc.

我国西南地区水电站地下厂房开挖诱发的围岩位移突变问题十分突出，对工程建设顺利进行和人员设备安全提出严峻挑战。本项目以深埋地下厂房爆破开挖瞬态卸荷诱发结构面的扩展和变形机制为研究主线，采用理论分析、数值模拟与室内试验相结合的方法，研究爆炸荷载和开挖瞬态卸荷的耦合作用对围岩位移突变的影响。通过分析爆破开挖过程中爆炸荷载与开挖瞬态卸荷的耦合作用机制，确定地下厂房爆破开挖过程中围岩的动力扰动特性；基于围岩结构面的动力响应特征，建立结构面扩展贯通与张开滑移变形之间的相互关系；研究爆破开挖过程中围岩位移突变的形成机制，建立围岩位移突变的分析模型；确定动力扰动下围岩变形突变分布特征，提出深埋地下厂房爆破开挖瞬态卸荷对围岩变形突变影响的分析方法，为深埋地下厂房岩体开挖变形控制和稳定性评价提供理论依据。研究成果在大型水电站地下厂房、核废料深部处置库、地下能源储藏库、深部采矿等领域具有广阔的应用前景。

我国西南地区水电站地下厂房开挖诱发的围岩位移突变问题突出，对工程建设顺利进行和人员设备安全提出挑战。本项目以深埋地下厂房爆破开挖瞬态卸荷作用下，结构面的扩展和变形机制为研究主线，研究爆炸荷载和开挖瞬态卸荷的动力扰动对围岩位移突变过程的影响。.从深部岩体钻爆开挖过程中炮孔内部压力分布到破裂面初始应力释放整个过程理论分析入手，明确了钻爆开挖过程中围岩应力的瞬态变化过程，建立了基于动力有限元计算程序的爆破开挖瞬态卸荷数值分析方法，明确了爆炸荷载与地应力瞬态卸荷的耦合作用过程；通过真三轴拉压试验机、声波仪以及岩土多功能试验机研究了不同应力状态下，应力波的传播衰减规律，总结了应力波传播过程中结构面的动力响应特性。.对岩样进行不同受力路径下的卸围压试验，研究岩体卸荷破裂特性，得到岩体结构面卸荷开裂特性，并推导出不同应力条件下结构面尖端的抗脆断力学性能；基于理论分析和数值模拟方法，对地下厂房开挖卸荷作用下的围岩开裂过程进行研究，明确了不同地应力条件下开挖诱发围岩结构面开裂扩展特性及影响因素；引入新的岩体损伤的评价指标，明确了深埋隧洞开挖形成的二次应力场与爆破开挖卸荷诱发的动力扰动组合作用是导致围岩损伤破坏的主要原因。.研究了节理岩体的卸荷变形过程与分布特性，明确了卸荷过程对岩体位移突变的主导作用与位移分布特性，以及爆破荷载及地应力瞬态卸荷诱发的结构面张开滑移过程；以自制的深部岩体开挖卸荷模拟装置进行室内试验，研究了深埋地下洞室的边墙位移突变分布特性，明确了位移突变形成过程中的诱发因素和影响机制。提出了基于时序控制断裂爆破方法和刻槽孔爆破方法的爆破施工工艺，控制位移突变风险。研究成果在大型水电站地下厂房、核废料深部处置库、地下能源储藏库、深部采矿等领域具有广阔的应用前景。