基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2018.11.010

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隧道建设（中英文） ›› 2018, Vol. 38 ›› Issue (11): 1822-1829.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2018.11.010

基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

徐汪豪¹，陶力铭¹，徐晨²，方勇^1，*，张睿³，唐协⁴

（1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031； 2. 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063； 3. 四川川交路桥有限责任公司， 四川广汉 618300； 4. 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川成都 610041）

收稿日期:2018-05-03 修回日期:2018-08-23 出版日期:2018-11-20 发布日期:2018-12-02
作者简介:徐汪豪（1994—），男，浙江杭州人，西南交通大学建筑与土木工程专业在读硕士，研究方向为隧道施工力学行为。Email： xwh12345@gmail.com。*通信作者：方勇， Email： fy980220@swjtu.cn。
基金资助:
国家重点研发计划（2016YFC0802205）；国家自然科学基金资助项目(51578460)；四川省科技计划重点研发项目（2017SZ0043）

Research on Rock Burst of Deep Hard Rock Tunnel Based on Elastic Strain Energy

XU Wanghao¹, TAO Liming¹, XU Chen², FANG Yong^{1, *}, ZHANG Rui³, TANG Xie⁴

（1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China; 2. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, Hubei, China; 3. Sichuan Chuanjiao Cross Road & Bridge Co., Ltd., Guanghan 618300, Sichuan, China; 4. Highway Planning, Survey, Design & Research Institute of Sichuan Provincial Communications Department, Chengdu 610041, Sichuan, China）

Received:2018-05-03 Revised:2018-08-23 Online:2018-11-20 Published:2018-12-02

摘要/Abstract

摘要：

隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变，其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道，采用三维数值模拟手段，基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究结果表明：在高地应力条件下隧道掘进会导致明显的卸荷作用，引起围岩应力的重分布，从而导致掌子面附近区域弹性应变能剧烈改变，其中掌子面及其前方7 m范围内围岩的弹性应变能呈现下降趋势，掌子面后方围岩弹性应变能呈现增加趋势；拱顶部位弹性应变能增加幅度为3.56倍、边墙部位弹性应变能增加幅度为3.73倍、基底部位弹性应变能增加幅度为4.66倍，存在发生岩爆的可能。

关键词: 深埋硬岩隧道, 岩爆, 高地应力, 弹性应变能, 数值模拟, 米仓山特长隧道

Abstract:

The stress adjustment of the surrounding rock induced by tunnel excavation will result in the change of the elastic strain energy of the surrounding rock. The rock burst risk in areas where elastic strain energy increases sharply is high. Hence, the variation laws of elastic strain energy of surrounding rock during excavation of Micangshan Tunnel are studied based on elastic strain energy theory by 3D numerical simulation method. The study results show that: (1) The unloading of surrounding rock induced by tunnel excavation under high ground stress will result in stress redistribution of surrounding rock, and further result in serious variation of elastic stress energy around tunnel face; the elastic stress energy in area of tunnel face and that 7 m ahead of tunnel face reduces, and that in area behind tunnel face increases. (2) The amplifications of elastic stress energy in crown top, sidewall and base are 356%, 373% and 466%, respectively, which indicates high risk of rock burst.

Key words: deep buried hard rock tunnel, rock burst, high ground stress, elastic strain energy, numerical simulation, Micangshan Superlong Tunnel

中图分类号:

U 458

徐汪豪，陶力铭，徐晨，方勇，张睿，唐协. 基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究[J]. 隧道建设, 2018, 38(11): 1822-1829.

XU Wanghao, TAO Liming, XU Chen, FANG Yong, ZHANG Rui, TANG Xie. Research on Rock Burst of Deep Hard Rock Tunnel Based on Elastic Strain Energy[J]. Tunnel Construction, 2018, 38(11): 1822-1829.

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基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

Research on Rock Burst of Deep Hard Rock Tunnel Based on Elastic Strain Energy

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