基于GDEM的隐伏岩溶隧道隔水岩体水压致裂安全厚度及破裂演化规律分析

李涛; 张丽; 蒋庆; 冯春; 赵然

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2021.01.008

隧道建设 >

2021 , Vol. 41 >Issue 1: 67 - 76

DOI: https://doi.org/10.3973/j.issn.2096-4498.2021.01.008

研究与探索

基于GDEM的隐伏岩溶隧道隔水岩体水压致裂安全厚度及破裂演化规律分析

李涛 ,
张丽 ,
蒋庆 ,
冯春 ,
赵然

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（1. 山东高速济莱城际公路有限公司，山东济南 250014； 2. 中国科学院力学研究所，北京 100190）

李涛（1988—），男，山东诸城人，2011年毕业于中国石油大学（华东），船舶与海洋工程专业，本科，工程师，现从事高速公路建设管理工作。 E-mail： 552126247@qq.com。*通信作者：张丽， E-mail： lizhang@imech.ac.cn。

网络出版日期: 2021-02-08

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Safe Thickness and Fracture Evolution Law Determined for Hydraulic Fracturing of WaterResistant Rock Mass with Hidden Karst Based on GDEM

LI Tao ,
ZHANG Li ,
JIANG Qing ,
FENG Chun ,
ZHAO Ran

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(1. Shandong Hispeed JiLai Intercity Highway Co., Ltd., Jinan 250014, Shandong, China; 2. Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)

Online published: 2021-02-08

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摘要

为分析隐伏岩溶水压致裂对隔水岩体安全厚度和破裂演化规律的影响，采用基于连续-非连续数值计算方法的高性能软件GDEM-DAS开展三维数值模拟研究,通过分析掌子面的位移演化规律获得不同水压下隔水岩体的安全厚度，同时引入无量纲指标破裂度来定量化描述隔水岩体随开挖进程的破裂演化规律。通过计算，获得水压分别为1、2、3 MPa时掌子面监测点的位移和研究区域破裂度的变化曲线。计算结果表明： 1）不同水压下隔水岩体的安全厚度均为7 m； 2）掌子面位移和破裂度均存在突变点，且破裂度突变点早于6 m，说明岩体内部损伤到灾变状态时才会引起位移突变； 3）在同一计算工况下，不同溶洞水压下的位移和破裂度突变点具有一致性，说明水压非影响隔水岩体稳定性的首要因素。

关键词： 岩溶隧道; 隔水岩体; 破裂度; 安全厚度; GDEM; 数值分析

本文引用格式

李涛 , 张丽 , 蒋庆 , 冯春 , 赵然 .

基于GDEM的隐伏岩溶隧道隔水岩体水压致裂安全厚度及破裂演化规律分析

[J]. 隧道建设, 2021 , 41(1) : 67 -76 . DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2021.01.008

Abstract

To analyze the influence of hydraulic fracturing in hidden karst structures on the safe thickness and fracture evolution of a waterresistant rock mass, a highperformance GDEMDAS based on the continuumdiscontinuum element method is used to conduct threedimensional numerical simulation. The critical thickness of the rock mass is determined on the basis of the displacement evolution law of the tunnel face, and the fracture degree, a dimensionless index, is introduced to quantitatively describe the fracture evolution law of the rock mass during the excavation process. The results show that the changing curves of displacement and fracture degree are obtained at water pressures of 1, 2, and 3 MPa. The safe thicknesses of the rock mass under different water pressures are almost the same, at 7 m. In addition, the curves of displacement and fracture degree show inflection points of fracture degree 6 m in front of the inflection point of displacement, showing that displacement mutation will occur when the internal damage of the rock mass reaches a catastrophic level. Moreover, under the same simulation conditions, the inflection points of displacement and fracture degree under different water pressures in the karst cave are consistent, indicating that the water pressure is not the primary factor affecting the stability of the waterresistant rock mass.

Key words： karst tunnel; waterresistant rock mass; fracture degree; safe thickness; GDEM; numerical simulation

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