孔隙含水巖石中地下結構的水力荷載.pdf

1、隨埋深的增大，高壓孔隙水破壞巖石地下結構襯砌的問題日益凸顯。為建立含水巖層中地下結構襯砌的設計理論，采用解析分析、數值模擬、物理模擬和現場實測相結合的方法，研究孔隙含水巖層中地下結構的水力荷載，成果如下。
　　首先，研究了孔隙水壓對巖石力學參數的影響。通過理論分析，發(fā)現了孔隙水壓影響巖石的彈性模量、泊松比和側壓力系數的機制：孔隙水壓的變化引起孔隙的擴張或收縮，影響孔隙的變形剛度，進而影響彈性模量、泊松比和側壓力系數；建立了理論分析

2、模型，獲得了彈性模量、泊松比和側壓力系數隨孔隙水壓等因素變化的解析解；建立了巖石細觀隨機孔隙數值計算模型，通過大量數值計算掌握了孔隙率、孔隙水壓力等因素對巖石等效彈性模量、等效泊松比和靜止側壓力系數的影響規(guī)律。研究表明，等效彈性模量、等效泊松比和靜止側壓力系數均隨孔隙水壓力增加而線性增大。
　　其次，研究了孔隙水壓引起的地下結構水力荷載。揭示了孔隙含水巖石中地下結構水力荷載的形成機理：類同于圍巖熱脹冷縮引起的結構荷載，孔隙水壓變化

3、致脹或致縮圍巖孔隙，進而引起地下結構荷載變化；基于水壓致脹機理，建立了孔隙含水圍巖與地下結構相互作用力學模型，獲得了水力荷載的解析解；建立了巖石與地下結構相互作用的細觀隨機孔隙數值計算空間軸對稱模型，通過大型數值計算掌握了水力荷載隨各因素變化的規(guī)律；通過大型模擬試驗和現場實測研究，獲得了水力荷載隨孔隙水壓的變化規(guī)律。研究表明：地下結構的水力荷載與孔隙水壓成正比；圍巖孔隙率越大，水力荷載越大；襯砌相對于圍巖的變形剛度（厚度與彈性模量）越大

4、，水力荷載越大；圍巖泊松比越大，水力荷載越大；襯砌泊松比對水力荷載影響不顯著。研究發(fā)現：水力荷載值顯著小于靜水壓力值，現行設計方法中的水力荷載取值偏大；襯砌可能會與圍巖剝離開，剝離面會受到水壓作用，從而增大襯砌外載。該發(fā)現對含水巖層中地下結構的設計有重要的理論與實用價值。
　　最后，根據上述研究成果，提出了孔隙含水巖層中地下工程封水襯砌的設計原理。水力荷載值顯著小于孔隙水壓力，是襯砌的關鍵外載之一；襯砌要有足夠的強度抵抗水力荷載和