考虑动水压力的裂隙岩体裂纹扩展机理研究及应用

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1、第１３卷第４期南水北调与水利科技Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．４２０１５年８月Ｓｏｕｔｈ－ｔｏ－ＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒｓａｎｄＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ．２０１５ＤＯＩ：１０．１３４７６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｎｓｂｄｑｋ．２０１５．０４．０２６考虑动水压力的裂隙岩体裂纹扩展机理研究及应用罗声，许模，康小兵（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都６１００５９）摘要：利用断裂力学理论，在考虑动水压力作用的基础上，研究了裂隙岩体中张开裂纹在受到垂直于裂纹长度方向的应力为拉应力时继续扩展的条件

2、及考虑动水压力的裂隙岩体裂纹扩展机理在裂隙岩体隧道突水（泥）的应用。结果表明：动水压力会改变裂纹尖端应力强度因子，它能促使裂纹尖端附近的应力达到起裂临界值，从而导致裂纹继续扩展。在裂隙岩体隧道中，动水压力一方面加大裂纹尖端应力强度因子，使裂隙继续扩展；另一方面动水压力的冲刷作用导致隧道的水文地质条件不断恶化，裂隙内充填介质产生渗透变形或者整体冲出后进入隧道，造成隧道涌突水（泥）。关键词：动水压力；突水；水力劈裂；裂纹扩展中图分类号：ＴＵ４５２文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－１６８３（２０１５）０４－０７２６－０３Ｒｅｓｅａｒ

3、ｃｈｏｎｃｒａｃｋｅｘｐａｎｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｗｉｔｈｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅＬＵＯＳｈｅｎｇ，ＸＵＭｏ，ＫＡＮＧＸｉａｏ－ｂｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｈａｚａｒｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＧｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００５９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｔｈ

4、ｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋ，ｔｈｅｃｏｎｄｉ－ｔｉｏｎｓｔｈａｔｏｐｅｎｃｒａｃｋｉｎｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｃｏｎｔｉｎｕｅｓｔｏｅｘｐａｎｄｗｈｅｎｉｔｂｅａｒｓｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｗｈｉｃｈｉｓｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｌｅｎｇｔｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒａｃｋ，ａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｅｘｐａｎｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｔｕｎｎｅｌｗａｔｅｒｇｕｓｈｉｎｇ（ｍｕｄ）ｏｆｆｒａｃｔｕｒｅ

5、ｄｒｏｃｋｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：ｔｈｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒａｔｔｈｅｃｒａｃｋｔｉｐｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓｎｅａｒｃｒａｃｋｔｉｐｔｏｒｅａｃｈｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｂｙｃａｕｓｉｎｇｃｒａｃｋｅｘｐａｎｄ．Ｉｎｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌ，ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｗａｔｅｒｐｒｅ

6、ｓｓｕｒｅｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒａｔｔｈｅｃｒａｃｋｔｉｐｔｏｅｘｐａｎｄｃｒａｃｋ，ｂｕｔａｌｓｏｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｔｕｎｎｅｌｄｕｅｔｏｉｔｓｅｒｏｓｉｏｎａｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｅｅｐａｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｍｅｄｉｕｍｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｏｃｃｕｒｓｏｒｆｉｌｌｉｎｇｍｅｄｉｕｍｃａｎｂｅｗａｓｈｅｄａｗａｙｔｏｃａｕｓｅｔｕｎｎｅｌｗａｔｅｒｇｕｓｈｉｎｇ（ｍｕ

7、ｄ）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｗａｔｅｒｇｕｓｈｉｎｇ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｐｌｉｔ；ｃｒａｃｋｅｘｐａｎｄｉｎｇ随着经济的发展和科技的进步，隧道工程逐渐由短里典型涌水３２次，涌（突）水总长度达１２００余ｍ，其中最大涌３／ｄ［１－２］。在国外，日程、浅埋深隧道扩展到长里程、深埋隧道。埋深越大，里程越水压力４ＭＰａ，最大日涌水量３００００ｍ长，遭遇高渗透水压的可能性越大，因此隧道突水的风险加本东海道干线旧丹那隧道（长７．８４ｋｍ），开工后曾遇６次大大。国内外发生隧道突水的事件屡见不鲜。２００７

8、年８月５的突水，泥屑突出７０００ｍ３，水压高达１．４～４．２ＭＰａ，突水日凌晨１时左右，位于３１８国道巴东县野三关镇苦桃溪境内量最大达１３４．４ｍ３／ｍｉｎ，造成严重伤亡，贯通后总涌水量达３／ｄ，致使工期达１６ａ之久［３］。黎巴嫩阿尔瓦水电的宜万铁路野三关隧道发生突水事故，突