高地应力下掘进岩爆的有限元-离散元组合模型( Combined finite-discrete element modellings of rockbursts in tunnelling under high in-situ stresses - ScienceDirect )

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岩爆是在高地应力条件下掘进隧道时可能发生的严重岩土工程问题之一。尽管相关文献进行了大量的研究，但岩爆的评价和预测仍然是世界范围内共同面临的挑战。本文采用自行开发的有限元-离散元组合法(FDEM)对高地应力条件下深部巷道岩爆进行了数值研究。对锦屏二级水电站排水洞岩爆进行了模拟，研究了场地地质和岩土特性对岩爆发生的影响。FDEM数值模拟生动地模拟了裂隙的萌生和扩展，以及碎块的排出、抛射和飞出导致岩爆的过程，这在现场或通过传统的连续介质模型很难捕捉到。研究了先期断层对场地的影响，突出了断层的位置和倾角在确定隧道周围岩爆发展中的关键作用。然后，通过在模型中施加不同的侧压力系数，研究了地应力对岩爆发展的影响。研究发现，在锦屏场地条件下，较低的侧压力系数可以缓解隧道周围的岩爆，但缓解效果相对有限，而较高的侧压力系数可以导致岩爆在隧道表面破碎较多的岩体。通过对方形和马蹄形巷道周围岩爆的进一步模拟，研究了巷道形状对岩爆事故的影响。结果表明，方形巷道对顶底板岩爆的控制效果较差，圆形巷道最适合在这种现场条件下抵抗岩爆。通过生动再现高地应力条件下深部隧道的岩爆过程，阐述了几个关键地质和岩土特征对隧道周围岩爆发展的影响，有助于对岩爆机理的认识，对实际隧道设计和施工具有一定的指导意义。本文提出的方法也可用于今后其他多种情况下岩爆的评价和预测。

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