基于张量距离的深埋隧洞围岩应力扰动指标及特征分析

作     者：郑民总 李邵军 冯泽杰 曾志 薛涛 ZHENG Minzong;LI Shaojun;FENG Zejie;ZENG Zhi;XUE Tao

作者机构：中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 清华大学工程物理系北京100084 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2023年第42卷第S01期

页      面：3447-3457页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42202320) 湖北省自然科学基金创新群体项目(ZRQT2020000114) 

主　　题：岩石力学 深埋隧洞 围岩应力 应力扰动指标 主应力方向 张量距离 

摘      要：针对目前深埋隧洞开挖过程中应力扰动程度难以表征,尤其是主应力方向改变难以量化的问题,基于应力张量间距离建立应力扰动度指标(SDI),可以定量描述主应力大小和方向的改变。依托加拿大Mine-by深部地下实验室工程和锦屏地下实验室二期(CJPL-II)工程,研究隧洞分步开挖时主应力及其应力扰动度指标的变化特征。结果表明,隧洞开挖过程中,轴向不同位置处应力受扰动度与掌子面位置有关,具有明显的空间分布特征,应力仅在掌子面影响区域内受扰动剧烈。沿隧洞径向方向应力扰动度从洞壁到围岩深部逐渐降低,当掌子面开挖接近监测断面时,应力扰动深度逐渐增大,随着掌子面远离,扰动深度逐渐减小。洞壁处SDI最大,但主应力方向扰动度则不一定最大,峰值位置随掌子面位置变化。扰动度指标物理意义明确,合理地描述隧洞开挖时主应力大小和方向的改变,并且主应力大小和方向的扰动度指标量纲一致,可方便地进行比较。该研究可以为深部地下工程中的围岩稳定性分析和支护设计提供量化的应力扰动评价指标。