Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hiểu biết về các đường tải trọng do khai thác gây ra đối với phản ứng cơ học của vùng lớp lót yếu trong hang ngầm dưới áp lực địa chất cao
Tóm tắt
Vùng lớp lót yếu (WIZ) là một hệ thống địa kỹ thuật có cấu trúc lỏng lẻo, thuộc dạng kém, với các tính chất cơ học yếu, độ dày thay đổi, phân bố ngẫu nhiên và có độ kéo dài mạnh mẽ. Vùng này xuất hiện giữa các lớp đá khác nhau (ví dụ, tuff và bazan) do sự chuyển động kiến tạo mạnh, đại diện cho một mối đe dọa tiềm tàng đối với sự ổn định tổng thể của các khối đá có WIZ trong các cuộc khai thác hang ngầm lớn. Tập trung vào các nguy cơ phát sinh do khai thác trong vùng lớp lót yếu (WIZ) ở các hang ngầm dưới áp lực địa chất cao, phản ứng cơ học của WIZ dưới các đường tải trọng và tháo tải khác nhau đã được nghiên cứu và làm sáng tỏ, thông qua một loạt các thử nghiệm triaxial điều khiển đường tải trọng tự động, cũng như qua phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả cho thấy rằng các đặc điểm cơ học của WIZ có mối quan hệ chặt chẽ với áp suất giam giữ ban đầu và các đường tải trọng. Sự gia tăng đột ngột của biến dạng chu vi và sự giãn nở mạnh mẽ của WIZ diễn ra ngay từ khi bắt đầu tháo tải, trong đó các biến dạng tổng cộng khi tháo tải được thúc đẩy mạnh nhất bởi đường tải trọng II (tức là tải áp lực trục và tháo tải áp suất giam giữ), trong khi đường tải trọng tháo tải IV (tức là tải áp lực trục và tháo tải áp suất giam giữ) lại có tác động lớn nhất trong việc tăng cường giãn nở thể tích kiểu nhựa. Môđun biến dạng và tỷ lệ Poisson tuân theo một quy luật suy giảm trong quá trình tháo tải áp suất giam giữ, và chính đường tải trọng tháo tải II là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến tổn thương các tham số đàn hồi. Độ bền chịu lực tối đa, góc ma sát trong, và độ kết dính của WIZ đều cho thấy sự suy giảm rõ rệt trong quá trình tháo tải, trong đó hiệu ứng tổn thương của đường tải trọng IV là rõ rệt nhất. Phân tích vĩ mô và trung mô chỉ ra rằng cơ chế hư hỏng của WIZ dưới các đường tải trọng tháo tải phức tạp nằm ở sự tích tụ và lan truyền của các vết nứt và gãy trục và chu vi, cũng như sự phá hủy hạt sâu rộng, với các vết nứt giữa các hạt, các vết nứt xuyên tinh thể, và các vết xước cắt ở cấp độ trung mô. Nghiên cứu này có thể cung cấp một căn cứ hiệu quả và những bài học quý giá cho phản ứng cơ học và cơ chế hỏng hóc của WIZ dưới các đường tải trọng tháo tải trong các hang ngầm dưới áp lực địa chất cao.
Từ khóa
#vùng lớp lót yếu #khu vực khai thác #áp lực địa chất cao #phản ứng cơ học #đường tải trọngTài liệu tham khảo
Alejano LR, Alonso E (2005) Considerations of the dilatancy angle in rocks and rock masses. Int J Rock Mech Min Sci 42(5):481–507
Barla G, Forlati F, Bertacchi P, Zaninetti A (1987) Shear behaviour of natural filled joints. In: Proceedings of the 6th congress of the international society for rock mechanics, pp 291–300
Bruneau G, Hudyma MR, Hadjigeorgiou J, Potvin Y (2003) Influence of faulting on a mine shaft—a case study: part II—numerical modelling. Int J Rock Mech Min Sci 40(1):113–125
Cai M, Kaiser PK (2005) Assessment of excavation damaged zone using a micromechanics model. Tunn Undergr Space Technol 20(4):301–310
Cai M, Kaiser PK, Suorineni F, Su K (2007) A study on the dynamic behaviour of the Meuse/Haute–Marne argillite. Phys Chem Earth 32:907–916
Cai Y, Hao B, Gu C, Wang J, Pan L (2018) Effect of anisotropic consolidation stress paths on the undrained shear behavior of reconstituted Wenzhou clay. Eng Geol 242:23–33
Chen Q, Zhou DP, Feng ZJ (2009) Research on shear creep property of typical weak intercalation in red bed soft rock. Chin J Rock Mech Eng 28:3176–3180 (in Chinese)
Chen XZ, Li JL, Chai JR, Bai JG (2013) Shear creep characteristics and constitutive model for interlayer shear belt of high abutment slopes. Chin J Geot Eng 35(9):1675–1682 (in Chinese)
De Toledo PEC, De Freitas MH (1993) Laboratory testing and parameters controlling the shear strength of filled rock joints. Geotechnique 43(1):1–19
Deng HF, Yuan XF, Li JL, Hu YY, Zhou ML (2014) Research on failure characteristics and determination method for compressive strength of soft rock in triaxial loading and unloading tests. Rock Soil Mech 35(4):959–964 (in Chinese)
Detournay E (1986) Elastoplastic model of a deep tunnel for a rock with variable dilatancy. Rock Mech Rock Eng 19(2):99–108
Duan SQ, Feng XT, Jiang Q, Xu DP, Xu H, Liu GF (2016) Experimental study of mechanical properties of staggered zones under loading and unloading conditions of high stresses. Chin J Rock Mech Eng 35(6):1090–1101 (in Chinese)
Duan SQ, Feng XT, Jiang Q, Xu DP, Liu GF, Pei SF, Fan YL (2017) In situ observation of failure mechanisms controlled by rock masses with weak interlayer zones in large underground cavern excavations under high geostress. Rock Mech Rock Eng 50(9):2465–2493
Duan SQ, Feng XT, Jiang Q, Xu DP, Xu H (2017) Mechanical characteristics of interlayer staggered zones under different pre-consolidation pressures. Rock Soil Mech 38(1):49–60 (in Chinese)
Duan SQ, Jiang Q, Liu GF, Xu DP (2020) Experimental study of mechanical behavior of interlayer staggered zone under cyclic loading and unloading condition. Int J Geomech 20(3):04019187
Eberhardt E (2001) Numerical modelling of three-dimension stress rotation ahead of an advancing tunnel face. Int J Rock Mech Min Sci 38(4):499–518
Feng XT, Zhang Z, Sheng Q (2000) Estimating mechanical rock mass parameters relating to the Three Gorges Project permanent shiplock using an intelligent displacement back analysis method. Int J Rock Mech Min Sci 37(7):1039–1054
Feng XT, Pei SF, Jiang Q, Zhou YY, Li SJ, Yao ZB (2017) Deep fracturing of the hard rock surrounding a large underground cavern subjected to high geostress: in situ observation and mechanism analysis. Rock Mech Rock Eng 50(8):2155–2175
Hajiabdolmajid V, Kaiser PK, Martin CD (2002) Modelling brittle failure of rock. Int J Rock Mech Min Sci 39(6):731–741
Hajiabdolmajid V, Kaiser PK, Martin CD (2003) Mobilised strength components in brittle failure of rock. Geotechnique 53(3):327–336
Huang MQ, Wu AX, Wang YM, Bin HAN (2014) Geostress measurements near fault areas using borehole stress-relief method. Trans Nonferrous Met Soc 24(11):3660–3665
Indraratna B, Haque A, Aziz N (1999) Shear behaviour of idealized filled joints under constant normal stiffness. Geotechnique 49(3):331–355
Indraratna B, Jayanathan M, Brown ET (2008) Shear strength model for overconsolidated clay-filled idealised rock joints. Geotechnique 58(1):55–65
Indraratna B, Oliveira DAF, Brown ET (2010) A shear-displacement criterion for soil-filled rock discontinuities. Geotechnique 60(8):623–633
Jeon S, Kim J, Seo Y, Hong C (2004) Effect of a fault and weak plane on the stability of a tunnel in rock—a scaled model test and numerical analysis. Int J Rock Mech Min Sci 41:658–663
Jiang Q, Feng XT, Su GS (2007) Intelligent back analysis of rock mass parameters for large underground caverns under high earth stress based on EDZ and increment displacement. Chin J Rock Mech Eng 26(2):654–662 (in Chinese)
Jiang Q, Feng XT, Fan Y, Fan Q, Liu GF, Pei SF, Duan SQ (2017) In situ experimental investigation of basalt spalling in a large underground powerhouse cavern. Tunn Undergr Space Technol 68:82–94
Jiang Q, Su GS, Feng XT (2019) Excavation optimization and stability analysis for large underground caverns under high geostress: a case study of the Chinese Laxiwa Project. Rock Mech Rock Eng 52(3):895–915
Jiang Q, Feng XT, Li SJ et al (2019) Cracking-restraint design method for large underground caverns with hard rock under high geostress condition and its practical application. Chin J Rock Mech Eng 38(6):1081–1100 (in Chinese)
Ju Y, Zhang Q, Zheng J, Wang J, Chang C, Gao F (2017) Experimental study on CH4 permeability and its dependence on interior fracture networks of fractured coal under different excavation stress paths. Fuel 202:483–493
Kaiser PK, Cai M (2012) Design of rock support system under rockburst condition. J Rock Mech Geotech Eng 4(3):215–227
Kovari K, Tisa A, Einstein HH, Franklin JA (1983) Suggested methods for determining the strength of rock materials in triaxial compression: revised version. Int J Rock Mech Min Sci 20(6):283–290
Ladanyi B, Archambault G (1977) Shear strength and deformability of filled indented joints. In: Proceedings of the 1st international symposium on geotechnics of structurally complex formations, pp 317–326
Madsen FT (1999) International society for rock mechanics commission on swelling rocks and commission on testing methods: Suggested methods for laboratory testing of swelling rocks. Int J Rock Mech Min Sci 36:291–306
Martin CD (1993) Strength of massive Lac du Bonnet granite around underground openings. University of Manitoba, Manitoba
Martin CD, Chandler NA (1994) The progressive fracture of Lac du Bonnet granite. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 31(6):643–659
Ministry of Water Resources of the People’s Republic of China (1999) China national standards GB/T 50123-1999: Standard for soil test method. China Planning Press, Beijing (in Chinese)
Naji AM, Rehman H, Emad MZ, Ahmad S, Kim JJ, Yoo H (2019) Static and dynamic influence of the shear zone on rockburst occurrence in the headrace tunnel of the Neelum Jhelum Hydropower Project, Pakistan. Energies 12(11):2124
Okur DV, Ansal A (2007) Stiffness degradation of natural fine grained soils during cyclic loading. Soil Dyn Earthq Eng 27(9):843–854
Papaliangas T, Hencher SR, Lumsden AC, Manolopoulou S (1993) The effect of friction-al fill thickness on the shear strength of rock discontinuities. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 30(2):81–91
Phien-wej N, Shrestha UB, Rantucci G (1990) Effect of infill thickness on shear behaviour of rock joints. In: Barton NI, Stephansson O (eds) Rock joints: Proceedings of the international conference on rock joints. Balkema, Rotterdam, pp 289–294
Qiu SL, Feng XT, Zhang CQ, Zhou H, Sun F (2010) Experimental research on mechanical properties of deep-buried marble under different unloading rates of confining pressures. Chin J Rock Mech Eng 29(9):1807–1817 (in Chinese)
Qiu SL, Feng XT, Xiao JQ, Zhang CQ (2014) An experimental study on the pre-peak unloading damage evolution of marble. Rock Mech Rock Eng 47(2):401–419
Rehbock-Sander M, Jesel T (2018) Fault induced rock bursts and micro-tremors—experiences from the Gotthard Base Tunnel. Tunn Undergr Space Technol 81:358–366
Sinha UN, Singh B (2000) Testing of rock joints filled with gouge using a triaxial apparatus. Int J Rock Mech Min Sci 37(6):963–981
Snelling PE, Godin L, McKinnon SD (2013) The role of geologic structure and stress in triggering remote seismicity in Creighton Mine, Sudbury, Canada. Int J Rock Mech Min Sci 58:166–179
Sun Y, Xiao Y, Hanif KF (2015) Fractional order modelling of the cumulative deformation of granular soils under cyclic loading. Acta Mech Solida Sin 28(6):647–658
Vermeer PA, De Borst R (1984) Non-associated plasticity for soils, concrete and rock. HERON 29(3):3–64
Wu FL, Liu T, Jian Y, Tang XL (2009) Excavation unloading destruction phenomena in rock dam foundations. Bull Eng Geol Environ 68:257–262
Wu W, Zhao Z, Duan K (2017) Unloading-induced instability of a simulated granular fault and implications for excavation-induced seismicity. Tunn Undergr Space Technol 63:154–161
Xiao SF, Argelov K (1991) Structures of interlayer shear zones and their creeping behaviour. Jilin Science Press, Changchun (in Chinese)
Xu DP, Feng XT, Cui YJ (2013) An experimental study on the shear strength behaviour of an interlayered shear weakness zone. Bull Eng Geol Environ 72(3–4):327–338
Xu DP, Feng XT, Cui YJ, Jiang Q (2015) Use of the equivalent continuum approach to model the behavior of a rock mass containing an interlayer shear weakness zone in an underground cavern excavation. Tunn Undergr Space Technol 47:35–51
Yan RH, Fan WH (2004) Shear properties and strength of weak intercalated layers in dam foundation of Majiayan reservoir. Chin J Rock Mech Eng 23(22):3761–3764 (in Chinese)
Yoshida T, Ohnishi Y, Nishiyama S, Hirakawa Y, Mori S (2004) Behavior of discontinuities during excavation of two large underground caverns. Int J Rock Mech Min Sci 41(3):534–535
You MQ (2007) Mechanical properties of rocks. Geological Publishing House, Beijing (in Chinese)
Zhang CS, Xu JR, Chen JL, Fang D (2017) Special report for surrounding rock stability of underground powerhouse at the Baihetan hydropower station. Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou (in Chinese)
Zhang K, Zhang C, Qiu SL, Gamage PG (2019) Effect of loading rates and stress paths on rock strengths: a novel approach based on experimental evidence. Arab J Geosci 12(7):234
Zhao XG, Cai M (2010) A mobilized dilation angle model for rocks. Int J Rock Mech Min Sci 47(3):368–384
Zhao Y, Zhou H, Feng XT, Cui YJ, Huang K (2013) Undrained shear behaviour of intact infilled joint soil with triaxial shear tests under high pressure and its influence factor analysis. Rock Soil Mech 34(2):365–371 (in Chinese)
Zhao XG, Wang J, Cai M, Cheng C, Ma LK, Su R, Zhao D, Li DJ (2014) Influence of unloading rate on the strainburst characteristics of Beishan granite under true-triaxial unloading conditions. Rock Mech Rock Eng 47(2):467–483
Zhao JS, Feng XT, Jiang Q, Zhou YY (2018) Microseismicity monitoring and failure mechanism analysis of rock masses with weak interlayer zone in underground intersecting chambers: a case study from the Baihetan Hydropower Station, China. Eng Geol 245:44–60
Zhong S, Jiang Q, Feng XT, Liu JG, Li SJ, Qiu SL, Wu SY (2018) A case of in situ stress measurement in Chinese Jinping underground laboratory. Chin J Rock Mech Eng 39(1):356–366 (in Chinese)