ISSN 1000-0054
CN 11-2223/
N
清华大学学报 (自然科学版)
J T singhua U niv (Sci & T ech),
2003 年第43 卷第8 期
2003,Vol. 43,No. 8
26/ 36
1108-1111
断续节理岩石中开挖附近扰动区失稳行为的实验
林 鹏
1
, 黄凯珠
2
, 唐春安
3
, 周维垣
1
(1. 清华大学 水利水电工程系,北京 100084;2. 香港理工大学 土木与结构工程系,红 ,香港;
3. 东北大学 岩石破裂与失稳研究中心,沈阳
110006)
收稿日期:2002-11-06
基金项目:国家自然科学基金资助项目 (59939190);
香港理工大 学研究基金 (PolyU 5050/ 99E);
中国博士后 科学基金资助
作者简介:林鹏(1972-),男 (汉 ),湖北,博士后。
E -m ail :celinpe@ m ail. tsing hua. edu . cn
通讯联系人 :周维 垣,教授,E-mail:zhouw y@ tsinghua. edu. cn
摘 要:目的是用实验方法研究在一定加载条件下,断续节
理岩体中裂纹萌生、扩展、贯通机制及开挖扰动区的破坏行
为。实验试样用作者配制的模拟材料制成。利用作者设计的
小型开挖系统,在双轴加压下,当轴向压力达到峰值力的
75% 时,保持径向加载和轴向加载的比值
λ
恒定,模拟开挖
过程,并用数码摄像机全程跟踪开挖过程。实验结果显示开
挖附近断续节理滑移、贯通以及扰动区的变形决定了巷道的
失稳行为和最终的破坏模式;开挖过程明显影响着内部扰
动区和外部压缩区的变形。开挖后,内部扰动区的变形大于
外部压缩区;开挖后,继续保持
λ
恒定时,应力和变形作为
时间的函数逐渐释放,并且造成一些节理的滑动和微破裂的
相互作用;
λ
越大,则巷道破坏的时间越短。
关键词:结构实验;断续节理岩体;裂纹扩展;失稳行为;
裂纹贯通
中图分类号:T V 3 2 文献标识码:A
文章编号:1000-0054(2003)08-1108-04
Experimental study of failure behavior
of distur bed zone around an opening in
non-persistent jointed rock masses
LIN Peng
1
,W O NG Ro bina Ho ichu
2
,
TANG Chun' an
3
,ZHOU Weiyuan
1
(1. Department of Hydraulic and Hydropower Engineering,
T sing hua U n iver sity,Beijing 100084,China;
2. Department of Civil & Str uctural Engineering,
The HongK ong Po lytechnic Univer sity,HongKong,China;
3. Center f or Rockbursts & Induced Seismicity Research,
Northeastern University,Shenyang 110006,China)
Abstract:A small excavating system w as used to experim entally
investig ate crack initiation,propagatio n and coalescence mechanisms
and failure behavior around an opening in non-persistent jointed rock
m asses w ith biaxial loading. T he specimens w ere made of m odelling
mat erial with holes drilled to various stress levels to simulate
underground excavation. T he opening process was then monitored
by a digit al video camera. Wh en th e applied axial loading r eached
about 75% of the peak axial lo ading,the ratio,λ,of the lateral
loading to the axial loading remained constant. T he experimental
results show ed th at the final failure beh avior and m o des around the
opening w ere dom inated by sliding along the joints,by coalescence
betw een the joints and the opening, and by the st rain in the
disturbed zo ne around the opening. T he deformation of the inner
disturbed zone w as greater than that of the outer compressed zone
during the post-excavation process. Release of the stresses dur ing
post-excavation increases the inter action betw een micro-fractures
and causes pre-existing joints to slip w hen λ is constant. T he
specimen failure stress decr eased w ith increasing values of λ.
Key words:structural experiment; non-persistent jointed rock
masses; crack pr opagation; failure beh avior; crack
coalescence
由于人口和经济的增长,陆地空间的发展越来
越受到限制,为了解决发展问题,人们开始充分利用
地下空间建造地下仓库、电站、铁路和公路隧道。由
此产生了人们对地下开挖工程的稳定性的极大关
注,特别是环绕开挖巷道附近的扰动区域,通常它的
初始状态(如应力、应变、稳定性、渗流等)被开挖、远
场加载力或者其它因素扰动。在节理岩体中,这些扰
动区通常认为是由节理岩体中岩块的运动而造成,
因为在节理岩体中,由于存在大量被节理割裂的封
闭多边形岩块,这些岩块的运动是扰动区的主要特
点,也是巷道失稳的主要因素。如,土耳其的 Bolu
山隧道由于节理、断层的原因在开挖过程中造成巨
大巷道破坏
[1]
,因此,充分理解开挖附近的扰动区特
性,以及它对巷道最终破坏行为的影响,对更好地开
发利用地下空间有着非常重要的工程和社会意义。
以往这方面的研究主要集中在对连续节理中扰