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近年来,随着诸多大型水利水电工程项目相继竣工运行,工程项目的长期稳定性成为岩土工作者当前面临的关键性问题。基于此,本文针对锦屏二级水电站引水隧洞大理岩强度理论和渗透性能的时间效应开展了系统的试验和理论研究,提出了锦屏大理岩强度理论和渗透系数的时效演化模型,并通过数值计算,对锦屏引水隧洞围岩的长期稳定性进行分析,提出相应的工程建议,对锦屏引水隧洞围岩的长期稳定性评价及类似工程的设计施工提供了科学依据。本文研究工作主要集中在以下几个方面: (1)系统总结了当前针对硬性岩石强度时间效应的研究成果和方法,并分析了其在建立硬性岩石强度理论时效模型方面的不足。根据锦屏二级水电站引水隧洞现场监测资料,阐述了锦屏二级水电站引水隧洞围岩时间效应的普遍性。 (2)通过对锦屏大理岩常规三轴压缩试验结果的分析,研究了大理岩在不同围压条件下的破坏机制,并基于Mohr-Coulomb理论建立了锦屏大理岩的强度准则;通过对大理岩全过程循环加卸载试验数据的分析,研究了大理岩的弹塑性耦合特性,并定义了表征大理岩塑性程度的内变量函数,探讨了大理岩各力学参数随塑性程度的演化规律。 (3)通过对锦屏大理岩静载压缩试验结果的分析,研究了大理岩承载能力随加载时间的演化规律,并确定了大理岩岩样的理论强度,减小了岩样离散性对试验数据可靠性的影响。此外,通过绘制等时应力应变曲线,探讨了大理岩变形参数随时间的演化规律,研究了静载试验中塑性程度随时间的演化规律,得到了大理岩各力学参数的时效表达式。结合大理岩强度准则,建立了锦屏大理岩强度理论的时效演化模型。 (4)对锦屏大理岩开展了循环加卸载渗透试验,结合塑性内变量函数,研究了大理岩渗透系数随塑性内变量的演化规律,得到了大理岩渗透系数随时间的演化表达式,建立了大理岩的时效渗透系数模型。 (5)以锦屏二级水电站深埋引水隧洞群为工程背景,通过数值计算,分析了隧洞开挖完成后不同时间的围岩塑性区、应力场及位移场的演化规律。结果表明:引水隧洞开挖完成后,围岩塑性区和位移场随时间增加逐渐向深部扩展,塑性区在开挖完成三周左右基本稳定,相比开挖完成时扩展了75%~113%,而围岩位移在开挖完成后60天左右基本稳定。此外,由于地应力场分布的不均匀性,围岩塑性区、应力场及位移场也表现出明显的与地应力方向的相关性,且围岩的最大不均匀变形深度随时间逐渐增大,并在隧洞开挖完成一周后逐渐稳定在3.6m。 (6)根据计算分析结果,提出了相应的工程建议:①应根据地应力分布合理设计支护方案,着重加强最大主应力方向的支护结构设计;②为保证围岩不会由于变形差异过大而发生破坏,围岩的强支护深度应大于最大不均匀变形深度;③初期柔性支护应在开挖完成后迅速安装,以限制围岩变形及其不均匀性随时间的扩展;④根据围岩不均匀变形随时间的发展规律,刚度较大的支护结构应在围岩不均匀变形基本稳定之后安装,以有效降低支护结构受力的非均匀性,保证支护结构安全。