[发明专利]不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法

摘要

本发明公开了一种不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其包括以下步骤：向预处理后的样品加载样品原位应力；通过轴压和围压模拟硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境；通过升高轴压和降低围压模拟开挖时的深部围岩应力环境；调整轴压和围压模拟开挖后硐室初步形成阶段深部围岩应力环境；降低围压和轴压，得到模拟硐室变形发展阶段的样品；降低硐室变形发展阶段中施加的围压和轴压，得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品。本发明可以得到不同硐室开挖条件扰动影响下的岩石长期力学行为，探究深部围岩在真实赋存环境不同硐室开挖条件下的长期强度、损伤演化及其长期稳定性，为后续工程开挖提供依据。

主权项

1.一种不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、获取深部岩石样品，并将样品进行预处理后放入应力加载装置；S2、通过应力加载装置向预处理后的样品加载样品原位应力；S3、通过升高样品轴压和降低样品围压模拟硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境；S4、根据不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值升高样品轴压并降低样品围压，模拟不同硐室开挖条件下的开挖扰动阶段；S5、根据硐室围岩出现的环向应力集中和径向应力卸荷改变所述开挖扰动阶段中加载的围压和轴压，模拟硐室边界初步形成的阶段；S6、降低所述硐室边界初步形成的阶段中施加的围压和轴压，得到模拟硐室变形发展阶段的样品，即开展未加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象；S7、根据硐室支护应力的变化情况，升高硐室变形发展阶段中施加的围压并降低轴压，得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品，即开展加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象；步骤S2的具体方法为：根据公式σ原位围压＝γHσ原位轴压＝λγH同时施加原位应力的围压σ原位围压和轴压σ原位轴压；其中γ为容重，单位为kN/m3；H为开挖深度，单位为m；其中λ为原位应力阶段轴压与围压的固定比值，不随模拟的进展而改变；所述步骤S3的具体方法为：根据公式σ开挖前环境围压＝3σ开挖前环境轴压/(5λ)＝0.9γHσ开挖前环境轴压＝1.5λγH同时施加硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境中的围压σ开挖前环境围压和轴压σ开挖前环境轴压；所述步骤S4的具体方法为：根据公式σ开挖扰动围压＝2σ开挖扰动轴压/(5αλ)＝0.4γHσ开挖扰动轴压＝αλγH同时施加不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值加载样品围压σ开挖扰动围压和轴压σ开挖扰动轴压；其中α为不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值，不同开挖条件包括全断面钻爆法、分部开挖钻爆法和全断面掘进机法，所述全断面钻爆法、分部开挖钻爆法和全断面掘进机法的围岩扰动应力峰值分别为3.0、2.5、2.0；所述步骤S5的具体方法为：根据公式σ初步形成阶段围压＝3/2(λ‑1)γHσ初步形成阶段轴压＝(3λ‑1)γH同时改变开挖扰动阶段中加载的围压和轴压，得到硐室边界初步形成阶段的围压σ初步形成阶段围压和轴压σ初步形成阶段轴压；所述步骤S6的具体方法为：根据公式σ变形发展阶段围压＝3/4(λ‑1)γHσ变形发展阶段轴压＝4/5(3λ‑1)γH同时得到硐室边界初步形成的阶段中施加的围压σ变形发展阶段围压和轴压σ变形发展阶段轴压，进而得到模拟硐室变形发展阶段的样品；所述步骤S7的具体方法为：根据公式σ应力变形阶段围压＝3/4(λ‑1)γH+piσ应力变形阶段轴压＝4/5(3λ‑1)γH‑pi同时降低硐室变形发展阶段中施加的围压和轴压，得到围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的围压σ应力变形阶段围压和轴压σ应力变形阶段轴压，进而得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品；其中pi为硐室支护应力。