深部围岩分层破裂综述--肖旺

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1、稿件《考虑锚杆支护的峰后软弱围岩数值研究》（稿号：201505076）修改情况汇报尊敬的《水文地质工程地质》编辑部老师：感谢您（们）在百忙之中对稿件评阅，课题组认真学习了审稿专家及编辑部对稿件“考虑锚杆支护的峰后软弱围岩数值研究”（201505076）的审查意见及改进建议。编辑部及专家的真知灼见对提高本文的水平将起到巨大的帮助，课题组表示万分真诚的感谢。现针对审稿专家给出的审稿意见，对稿件相关问题的修改或解释进行汇报：第一条：请斟酌“临界塑性软化系数”和“软弱围岩”的用法，在传统的岩体力学围岩应力分析中，认为在隧道围岩中存在一个塑性和弹性的分界面，发生塑性变形的围岩是不是

2、一定是软弱围岩？解析：基于应变软化模型，临界塑性软化系数//*（即临界塑性剪切应变）［M1，一般指岩体到达残余阶段时的塑性剪切应变（如图2所示）。国内外学者研究表明，基于连续介质理论在平面应变状态下对围岩的弹塑性分析研究屮，临界塑性剪切应变足体现ffl宕应变软化特征和衡量岩体峰后脆性的重要因素（具体影响过程，在第二条屮阐述）。软弱围岩主要是指岩体强度较低在高应力作用下破坏较为严重或是完整岩样强度较高，但岩体屮存在大量的节理裂隙，这类岩体在高应力作用下，均表现为大塑性变形。在深埋隧道或坭深较浅但围岩强度较低时，工程幵挖卸载将会导致洞周围岩产生应力重分布，出现应力集中现象，当

3、围岩重分布应力足够大，围吿的二次应力状态可能超过围耑的抗压强度（岩石的屈服极限）或是局部的剪应力超过岩体的抗剪强度，当岩体应力列，％满足塑性屈服准则，该部分岩体将由弹性进入塑性状态，从而发生塑性变形。Mohr-Coulomb/j+i服准则：其屮：卯，rrr分别表示隧道围岩的切向、径向应力，即最大，最小主应力。A^=（l+sinp）/（l-sinp）;c，识分别为岩体粘聚力和内摩擦角；为岩体强度，=2c-cos（p/（1-sin识）。《地下结构设计原理与方法》&也给出了围岩进入塑性状态的判据（条件）：（2）其中：do为原岩应力，亦即初始应力场。因此发生塑性变形的围岩不一定是

4、软弱围岩，专家考虑这点更为严谨周到，专家真知灼见的建议给本文重大启示。木文研究深部隧道ffl岩，深部岩体屮节理、裂隙的存在，其力学行为受岩石强度、结构面状况及应力状态等多方面影响，存在节理的硬岩在深部巷道开挖卸载过程中，在高应力条件下，均表现出明敁的软岩大塑性变形特性及应变软化特性，岩体变形具有不连续性。因此针对上述问题并结合专家指示，为更全面反应本文研究内容，将本文题目改为“考虑锚杆支护的深部围岩分层破裂机制数值研究”第二条：文中“在一定条件K,临界塑性软化系数越小，分M破裂现象越明显”，对于结构性较强的围岩，是否存在这类现象？如层状岩体，还会不会有这种环状破裂？解析：

5、首先阐述分层破裂机理。对于分层破裂机理国内外诸多学者认为岩石的峰后脆性是影响分层断裂现象产生的重要因素之一。随着岩石峰后脆性的増强，分层断裂现象越明显，断裂足数增多。图1中I,II,111分别对应着理想弹脆性，峰后应变软化，理想弹塑性这3中模型。分层破裂化是发生在岩石峰值强度后应力下降阶段的岩石破裂现象，岩石峰活脆性（即应力下降阶段的斜率，图1）对洞室围岩的破裂模式宥着重要影响。围岩峰G脆性较强时，岩体中出现了非常明显的分层断裂现象［w］，断裂带和完整岩体交替!li现。临界塑性剪切应变是体现围岩应变软化和衡量岩体脆性的重要凶素。图2展示了临界塑性软化系数对围岩峰沿脆性的影

6、响，越小，AB段越陡，脆性越强，分M破裂现象越明显。苏永华等研究了临界塑性剪切应变场对分层断裂的影响；通过数值模拟研究，改变临界塑性剪切应变，得到不同的围岩破裂形态；其研究结果表明：在一定条件下，临界塑性软化系数V*越小，分足破裂现象越明显。而临界塑性软化系数与闱压有关，围压越人，临界塑性软化系数越人，脆性减弱，岩石表现出延性力学响应，本文正是基于此展开研究。1<7,

7、图1岩体应力-应变全过程曲线模型图2简化的应变软化模型深部开釆中围岩-支护作用关系与浅部不同，由于深部软弱岩体中高应力、高围压在开挖后瞬间释放，致使被支护区域围岩在支护之前便已进入峰后强度软化或残余阶段。开

8、挖过程中引起围岩应力场变化，导致应力集中，当围岩中的应力状态大于岩体破坏强度（即峰后残余强度）时，围岩发生不同程度的拉压破坏，在适当的条件下可能会产生分区破裂现象。由此看来分区破裂化现象是深部岩体工程特有的现象181,而开挖过程中岩体峰后应力变化的特性是产生这一物理现象的必要条件。在深部工程支护设计中往往低估或忽略软弱岩体峰后力学行为的重要性，致使支护结构局部破损或整体失稳。W此，深入研究探讨深部软弱岩体峰后力学行为，对于深部莊道开挖与支护结构设计等具有十分重耍的意义。结构性较强的围岩，岩体中存在大量软弱结构面和节理裂隙，完整