地下洞室群物理模擬實驗與整體穩定性係數計算方法研究獲進展

大型地下工程中廣泛存在著多洞室結構，如水電廠房中的地下洞室群、礦山中地下巷道群。由於相鄰洞室之間的相互影響，多洞室結構的變形破壞行為較單個隧洞更為複雜，其整體與區域性變形破壞模式多樣，而現有地下洞室（群）穩定性分析缺乏像邊坡穩定性係數一樣的定量評價方法，制約了地下洞室群最佳化佈置與支護設計。

為此，中國科學院武漢岩土力學研究所科研人員針對大型地下工程中廣泛存在的多隧洞結構特點，透過3D列印技術製作了2種典型雙洞結構佈局的物理模型，並在室內開展了針對雙隧洞物理模型的水平雙向側限豎向單向載入的超載試驗。試驗結果完整記錄了雙洞結構在單向超載工況下的變形破壞過程（圖1），並結合超載試驗過程載入曲線與雙洞內壁特徵點位移曲線的變化關係揭示出平行雙隧洞結構整體失穩破壞的臨界位置處於平行雙洞中隔牆的塑性壓碎破壞區，非平行雙隧洞結構整體失穩破壞的臨界位置處於非平行雙洞斜向中隔牆的塑性剪下破壞區（圖2）。

基於試驗結果，研究人員進一步提出雙隧洞結構整體失穩破壞的穩定性係數定量計算方法，即在雙洞超載試驗結果與數值反分析交叉驗證失穩判據合理性的基礎上，建立了基於超載原理的地下多洞室結構整體穩定性區間［KL， KU］的計算方法（圖3），並應用於中國西部某水電站地下廠房洞室群的整體穩定性分析，展示了該方法的現實可行性和可操作性。該研究可為地下工程中洞室群的整體穩定性定量評價和支護設計最佳化提供科學依據。

研究相關多項成果已發表在Rock Mechanics and Rock Engineering上。研究工作得到國家自然科學基金等的資助。

圖1。雙隧洞物理模型的破壞演化圖

圖2。雙隧洞超載試驗結果

圖3。洞室群安全度區間計算方法

圖4。地下廠房洞群整體穩定性分析

【來源：武漢岩土力學研究所】

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