横观各向同性岩体开挖稳定性分析理论与工程应用

  • 获奖名称: 横观各向同性岩体开挖稳定性分析理论与工程应用
  • 获奖等级: 一等奖
  • 获奖类别: 中国岩石力学与工程学会科学技术进步奖
  • 授奖单位: 中国岩石力学与工程学会
  • 完成单位: 中国科学院武汉岩土力学研究所、长江水利委员会长江科学院、中国葛洲坝集团股份有限公司巴基斯坦N-J项目部、雅砻江流域水电开发有限公司、东北大学、中国三峡建设管理有限公司白鹤滩工程建设部
  • 获奖年度: 2017
  • 获奖人员: 江权、黄书岭、徐鼎平、周扬一、丰光亮、段兴平、胡泉光、胡书红、董志宏、汪文桥、王玮、陈方明、裴书锋、崔洁、史存鹏
  • 成果简介:项目背景情况 占地壳浅部70%的沉积岩及相当一部分变质岩和火成岩都具有明显的横观各向同性结构特征和力学特性。横观各向同性岩体特殊的内禀结构及其所处的复杂人类再造环境，使其在开挖过程中的卸荷变形破坏具有显著的空间非对称分布特征，进而导致其破坏灾害难以预测，稳定性控制措施缺乏针对性。本项目从横观各向同性岩体的卸荷变形与破坏的现场-室内试验综合测试、卸荷劣化力学模型、工程稳定性分析方法和岩体非对称支护控制技术共4方面开展研究，多角度多层次突破开挖卸荷下横观各向同性岩体的变形破坏机制、稳定性分析方法和工程控制技术难题。 主要技术创新 （1）提出横观各向同性岩体变形-弱面松弛-基质破裂的工程原位立体观测方法，建立横观各向同性破裂岩样基质和弱面破坏的表面与内部细观特征的可视化探测方法，提出了现场→室内的横观各向同性岩体变形破坏宏细观测试方法，实现了横观各向同性岩体非一致破坏的多尺度观察。 （2）建立了描述横观各向同性岩体非均匀变形与渐进破裂的劣化力学模型和各向异性复合强度准则，实现了不同应力状态下岩体变形与破坏各向异性、参数逐步蜕变的理论描述。 （3）建立横观各向同性岩体弱面和基质变形与破裂多元监测信息融合的力学参数识别方法，提出横观各向同性岩体开挖破裂程度和范围的刚度弱化-强度劣化综合评价指标，创新了融合现场观测与数值仿真的横观各向同性岩体稳定性分析方法，确保了数值分析成果的准确性和实用性。 （4）提出并践行了与横观各向同性岩体变形破坏模式相协调的支护参数优化技术，实现了岩体稳定、支护结构安全与性能高效利用双目标的统一。 推广应用情况 研究成果取得发明专利授权10项，软件著作权3项，参编2项行业规范。研究成果已成功应用于国内多个涉及横观各向同性岩体的大型水利和交通工程，如锦屏二级水电站、白鹤滩水电站、乌东德水电站、锦屏一级水电站等水电工程中地下洞室和高边坡、西气东输山岭隧道、成兰铁路汶川地震灾区隧道、宁波高速大狮子隧道等，有效解决了开挖卸荷下横观各向同性工程岩体的稳定性分析与控制难题，社会经济效益显著。