高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析

张道兵; 尹华东; 胡阿平; 朱远嫘; 彭学军; 张升; 安方信

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20221213002

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高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析

论文 | 更新时间：2024-06-26

- 高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析
- Analysis on the Stability of Surrounding Rock Damaged by the Floor Drum of Deep Underground Chamber under High In‑situ Stress
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第3期页码：660-669
- 作者机构：
  
  1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭 411201
  2.中铁五局集团第一工程有限责任公司,湖南长沙 410117
- 作者简介：
  
  张道兵(1977—)，男，教授，博导，博士。主要从事隧道及地下工程方面的研究。E-mail：dbzhang@hnust.edu.cn
  尹华东(1994—)，男，博士研究生。主要从事地下工程防灾减灾研究。E-mail：hdyin1019@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目(52074116);湖南省教育厅科学研究优秀青年项目(23B0476)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20221213002
  中图分类号： TU45
- 收稿：2022-12-13，
  
  修回：2023-02-16，
  
  纸质出版：2024-06-25
- 稿件说明：
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张道兵,尹华东,胡阿平等.高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):660-669.

ZHANG Daobing,YIN Huadong,HU Aping,et al.Analysis on the Stability of Surrounding Rock Damaged by the Floor Drum of Deep Underground Chamber under High In‑situ Stress[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):660-669.
张道兵,尹华东,胡阿平等.高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):660-669. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221213002.

ZHANG Daobing,YIN Huadong,HU Aping,et al.Analysis on the Stability of Surrounding Rock Damaged by the Floor Drum of Deep Underground Chamber under High In‑situ Stress[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):660-669. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221213002.

摘要

为研究西部山区高地应力作用下深部硐室的稳定性问题，根据普氏压力拱理论，综合考虑深部硐室冒顶，片帮以及底鼓破坏，建立了高地应力下深部硐室底鼓破坏模式，基于极限分析上限法和非线性Hoek‑Brown破坏准则，推导了该破坏模式下深部硐室的围岩压力理论公式，求解了该破坏模式下深部硐室围岩压力上限解，并将本文结果与数值模拟和已有成果进行对比分析。此外，通过该破坏模式研究了各参数对围岩压力和潜在破坏面的影响。结果表明：（1）随着初始地应力场参数中

和

增大，深部地下硐室围岩压力

逐渐增大，硐室围岩潜在破坏面逐渐增大，其中

表现尤为显著；（2） Hoek‑Brown破坏准则参数中

GSI

、

和

的增大对深部硐室围岩稳定性有明显的提高效应，而

增加则会降低硐室围岩的稳定性；（3）随着底部压力相关系数

增加，深部地下硐室顶板和两帮的围岩压力表现为减小的趋势。研究成果可为深部硐室的支护设计提拱有效的理论支撑。

Abstract

In order to study the stability issues of deep underground chambers under high in-situ stress in China's western mountainous areas

based on the theory of the Proctodyakonov's pressure arch

considering the roof caving

sidewall instability

and floor drumming of deep underground chambers

a floor drumming damage model of deep underground chambers under high in-situ stress was established. Leveraging limit analysis upper bound method and nonlinear Hoek-Brown failure criterion

the theoretical formula of surrounding rock pressure in the deep underground chambers under this damage mode was deduced. The upper bound solution for surrounding rock pressure was obtained. Comparative analysis was conducted between the results of this study

numerical simulations

and existing literature. Furthermore

the influence of various parameters on surrounding rock pressure and potential failure surface was studied through this damage mode. The results showed that: 1) With an increase in the initial stress field parameters

and

the surrounding rock pressure

of deep underground chambers gradually increased

along with the expansion of potential failure surfaces

among which

was particularly significant. 2) The increase of

GSI

and mi in the Hoek-Brown failure criterion parameters had a significant improvement effect on the stability of the surrounding rock

while an increase in D reduced the stability of the chamber's surrounding rock. 3) With the increase in the bottom pressure correlation coefficient

the surrounding rock pressure of the roof and sidewalls tended to decrease. The findings provide effective theoretical support for the design of support systems for deep underground chambers.

关键词

Keywords

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