（岩土工程专业论文）大型地下洞室群劈裂破坏现场监测和三维地质力学模型试验研究.pdf

l _ - - 。一 原创性声明 1 i i i ii ii i l l l l l i ii i i ii il 17 9 3 7 4 6 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：燃日期： 关于学位论文使用授权的声明 铟 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) ：燃翩硌等中 山东人学硕士学位论文 目录 目录i c o n t e n t s i v 摘要v i i a b s t r a c t v i i i 第一章绪论1 1 1 选题背景和意义l 1 2 研究现状2 1 2 1 地质力学模型试验2 1 2 2 地下洞室劈裂破坏现象4 1 3 本文主要内容和创新点5 1 3 1 主要内容5 1 3 2 创新点5 1 4 研究思路和技术路线6 第二章大型地下洞室群围岩劈裂破坏的现场监测8 2 1 工程概况8 2 2 监测方法和仪器1 0 2 2 1 可视性观测法：1 0 2 2 2 电阻率法10 2 3 监测方案设计1 2 2 4 监测结果分析13 2 4 1 可视性观察法监测结果1 3 2 4 2 电阻率法监测结果1 5 2 5 结论16 第三章大型地下洞室群三维地质力学模型试验系统1 8 3 1 工程概况1 8 3 2 厂房区地应力反演。2 0 3 3 地质力学模型试验相似原理2 2 3 3 1 力学变量和量纲系统2 2 山东人学硕士学位论文 3 3 2 静力学问题相似性2 3 3 4 模试验相似材料的研制。2 3 3 4 1 基岩相似材料2 3 3 4 2 锚杆相似材料2 6 3 4 3 预应力锚索相似材料2 7 3 5 自平衡式真三维加载模型试验系统的研制2 7 3 5 1 真三维模型试验钢结构台架2 7 3 5 2 液压加载控制系统的研制2 8 3 6 试验模型体的制作2 9 3 7 模型试验方案3 5 3 8 模型试验开挖方法3 6 3 9 支护模拟技术3 6 3 9 1 相似材料锚杆支护j 3 6 3 9 2 预应力锚索安装3 7 第四章大型地下洞室群模型试验量测方法和结果3 9 4 1 引言3 9 4 2 围岩应力量测方法3 9 4 3 围岩变形量测方法和技术4 0 4 3 1 数字照相量测技术4 1 4 3 2 棒式光纤位移传感器4 4 4 3 2 3 光纤光栅棒式传感器标定试验4 6 4 3 2 4 光纤光栅棒式传感器的安装4 7 4 3 3 微型多点位移计量测系统4 9 4 4 量测结果及分析5 2 4 4 1 应力量测结果。5 2 4 4 2 位移量测结果5 3 4 4 3 洞室破裂形态监测结果5 7 第五章大型地下洞室群数值模拟与模型试验结果对比。5 9 5 1f l a c 3 d 软件简介5 9 5 2 屈服准则的选取5 9 l i 山东大学硕十学位论文 5 3 双江口地下洞室群数值模拟6 0 5 3 1a n s y s f l a c 3 d 的前处理数据转换6 0 5 3 2f l a c 3 d t e c p l o t 的后处理数据转换6 1 5 4 数值模拟结果6 l 5 4 1 洞室群围岩位移变化规律6 1 5 4 2 洞室群围岩应力变化规律6 6 5 4 3 围岩塑性区分布规律6 8 5 5 数值模拟与模型试验结果对比分析7 0 5 5 1 工程设计试验7 0 5 5 2 超载试验7 3 第六章结论与展望7 7 6 1 结论7 7 6 2 展望7 7 参考文献7 9 至j 【谢8 2 论文作者简介8 4 i i i 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c o m e n t s ( i nc h i n e s e ) i c o n t e n t s ( i ne n g l i s h ) i v a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) v i i a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) v i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fr e s e a c h t o p i c 1 1 2l i t e r a t u r er e v i e w s 2 1 2 1g e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s t 2 1 2 2s p l i t t i n gf a i l u r eo fu n d e r g r o u n do p e n i n g s 4 1 3m a i nc o n t e n sa n di n n o v a t i o no f t h e s i s 5 1 3 1m a i nc o m e n t s 5 1 3 2i n n o v a t i o n 5 1 4r e s e a r c hi d e a sa n dt e c h n o l o g yr o m eo f t h e s i s 6 c h a p t e r2f i e l dm o n i t o r i n gt h es p l i t t i n gf a i l u r eo fu n d e r g r o u n dc a v e r ng r o u p 8 2 1e n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d 8 2 2m o n i t o r i n gm e t h o d sa n d a p p a r a t u s 10 2 2 1 s i b i l i t yo b s e r v a t i o nm e t h o d s 10 2 2 2e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ym e t h o d 10 2 3m o n i t o r i n gp r o g r a md e s i g n 1 2 2 4a n a l y s i so fm o n i t o r i n gr e s u l t s 13 2 4 1r e s u l t so f s i b i l i t yo b s e r v a t i o nm e t h o d s 1 3 2 4 2r e s u l t so fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ym e t h o d 15 2 5c o n c l u s i o n s 16 c h a p t e r3l a r g e - s c a l et h r e e - d i m e n s i o n a lg e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s t s 18 3 1e n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d 18 3 2b a c ka n a l y s e so n t h ei n i t i a l n - s i t us t r e s sf i e l do ft h eu n d e r g r o u n dc a v e r ng r o u p 2 0 3 3s i m i l a r i t yt h e o r yo fg e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s t 2 2 3 3 1m e c h a n i c a lv a r i a b l e sa n dt h ed i m e n s i o n l e s ss y s t e m 2 2 3 3 2s i m i l a r i t yo fs t a t i c 2 3 3 4d e v e l o p m e n to f a n a l o g i c a lm a t e r i a l 2 3 3 4 1a n a l o g i c a lm a t e r i a lo fr o c k 2 3 山东人学硕士学位论文 ：；4 2a n a l o g o u sm a t e f i a lo f a n c h o r ：1 6 3 4 3a n a l o g o u sm a t e r i a lo fp r e s t r e s s e dc a b l e s 2 7 3 5d e v e l o p m e n to f3 ds t e e ls t r u c t u r a ls y s t e mf o rg e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s t 2 7 3 5 1d e v e l o p m e n to f 3 ds t e e ls t r u c t u r a lf r a m e 2 7 3 5 2d e v e l o p m e n to f t h el o a d i n gc o n t r o ls y s t e m 2 8 ：；6c o n s t r u c t i o no f t h em o d e l ：1 9 ：；7t h es c h e m eo fm o d e lt e s t s 3 5 ：；8e x c a v a t i o nm e t h o d 3 6 3 9d e v e l o p m e n ta n di n s t a l l a t i o no f a n a l o g yr o c kb o l t sa n dc a b l e s 3 6 3 9 1t h eg r o u t i n gt e c h n i q u eo f r o c kb o l t s 3 6 3 9 2t h ei n s t a l l a t i o no fp r e s t r e s s e dc a b l e s 3 7 c h a p t e r4 m e t h o d sa n dr e s u l t so fm e a s u r e m e n ti nt h es u r r o u n d i n gr o c km a s s e s 3 9 4 1i n t r o d u c t i o n 3 9 4 2m e t h o d so fs t r e s sm e a s u r e m e n t 3 9 4 3m e t h o d sa n dt e c h n i q u e sf o rd e f o r m a t i o nm e a s u r e m e n t 工：- 4 0 4 3 1 d i g i t a lp h o t o g r a m m e t r i ct e c h n i q u es y s t e m 4 1 4 3 2f i b e rs e n s i n gb a rf o rd i s p l a c e m e n tm o n i t o r i n g 4 4 4 3 2 ：；i ：a l i b r a t i o n 4 6 4 3 2 4i n s t a l l a t i o n 4 7 4 3 3m i n im u l t i - p o i n te x t e n s o m e t e rm e a s u r e m e n ts y s t e m 二4 9 4 4r e s u l t sa n da n a l y s e s 5 2 4 4 1r e s u l t so fs t r e s sm e a s u r e m e n t 5 2 4 4 2r e s u l t so fd i s p l a c e m e n tm e a s u r e m e n t 5 3 4 4 3t h ep h e n o m e n o no fs p l i t t i n gf a i l u r e 5 7 c h a p t e r5t h ec o m p a r i s o no f n u m e f i c f la n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s 5 9 5 1i n t r o d u c t i o nt of l a c 3 ds o f t w a r e 。5 9 1 ；2t h es e l e c t i o no f y i e l dc ：r i t e r i o n 5 9 5 3n u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs h u a n g j i a n g k o uu n d e r g o u n dc a v e mg r o u p 6 0 5 3 1p r e - p r o c e s s i n gd a t ac o n v e r s i o no f a n s y s - f l a c 3 d 6 0 5 3 2p o s t - p r o c e s s i n gd a t ac o n v e r s i o no f f l a c 3 d t e c p l o t 6 1 5 4r e s u i t so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 6 1 5 4 11 1 1 ed i s p l a c e m e n to fs u r r o u n d i n gr o c k 6 1 5 4 2t h es t r e s so fs u r r o u n d i n gr o c k 6 6 5 4 3t h ed i s t r i b u t i o no fp l a s t i cz o n e s 6 8 v 山东人学硕+ 学位论文 5 5t h ec o m p a r i s o no f n u m e r i c a la n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s 7 0 5 5 1t h es c h e m eo f t h ed e s i g ne n g i n e e r i n gp r o j e c t 7 0 5 5 2o v e r l o a d i n gt e s t s 7 3 c h a p t e r6c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t 7 7 6 1c o n c l u s i o n s 7 7 6 2p r o s p e c t 7 7 r e f e r e n c e s 7 9 8 ：! o r 8 4 山东大学硕十学位论文 摘要 我国大型水电工程的地下洞室群大多处于高山峡谷中，洞址常位于初始高地应力 场之中。随着地下洞群的规模、埋深和高地应力等的逐渐增大，脆性裂隙岩石中地下 洞室在开挖过程和完成后将面临一系列复杂的非连续变形行为，对工程施工过程和长 期稳定性造成严重的威胁。因此，本文以大渡河干流规划的2 2 个梯级电站中游和下 游的两座控制性电站为研究对象，采用现场监测、三维地质力学模型试验和数值模拟 的综合方法进行研究上述工程问题。 瀑布沟水电站是大渡河流域水电规划中的下游控制性水库工程，也是装机规模最 大的电站。在该电站地下洞群的施工期，采用可视性的观测方法( 包括钻孔电视成像 仪和数字式全景钻孔摄像系统) 和以电阻率法为理论基础研制的形变电阻率观测系统 进行了多次现场监测，得到了开挖卸荷后洞群间岩柱内多条裂缝带的分布和发展情 况。为解决上述这些关键问题和研究围岩产生劈裂和张开性变形的机理和规律提供了 基础资料。 以正在规划设计中的双江口水电站地下洞群( 设计埋深达6 0 0 m 、地应力高达3 8 m p a ) 为研究对象，开展了大比尺三维应力状态下的地质力学模型试验，在试验技术 方面做了重大的改进，并开发和应用了许多先进的量测方法和技术：( 1 ) 完全实现 了三维应力状态的六面可施加主动荷载的模型试验系统；( 2 ) 在各主要加载面上新 研制和布设了组合型的滚珠式滑动墙，大大减小了由于模型变形引起的摩擦力；( 3 ) 在制作模型时，采用了预制模型块和预留监测孔然后堆砌粘结成型的工艺方法，能较 好地保证模型材料在力学性能上的一致性；( 4 ) 采用了数字照相变形量测技术和基 于光纤b r a g g 光栅( f b g ) 的棒式位移传感器、并研制了以高精度光栅尺为传感器的微 型多点位移计系统进行围岩变形量测；( 5 ) 实现了模型的施作注浆锚杆和预应力锚 索的工艺技术；( 6 ) 完成了不同埋深条件下的超载试验，观察到洞室围岩在加载过 程中的破坏形态和破坏过程。此外，采用f l a c 3 d 软件开展了与模型试验对应的三维 数值模拟，将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。结果表明在高地应力区围岩 存在非连续变形和劈裂破坏现象。 关键词大型地下洞室群；高地应力；现场监测；模型试验；数值模拟 v i i 山东人学硕士学位论文 a b s t r a c t m a n yl a r g e - s c a l eu n d e r g r o u n dh y d r o p o w e rs t a t i o n sh a v eb e e nb u i l tr e c e n t l yo ra r e u n d e rc o n s t r u c t i o ni nc h i n a h o w e v e r ，t h e s eu n d e r g r o u n dc a v e r n sa r em o s t l yl o c a t e di nt h e h i g hi n i t i a lg e o s t r e s sf i e l d sw h i c ha r es t r o n g l yi n f l u e n c e db yh i g hm o u n t a i n s ，s t e e ps l o p e s ， a n dt e c t o n i ch i s t o r y i ns o m ei n s t a n c e s ，t h eh i g hh o r i z o n t a lp r i n c i p a ls t r e s sw i l li n f l u e n c e t h es t a b i l i t yo ft h ec a v e r n s m e a n w h i l e ，t h es u r r o u n d i n gr o c km a s s e sa r ec o m m o n l yh a r d a n db r i t t l er o c k s t h e r e f o r e ，b r i t t l ef a i l u r ew i l l e a s i l ya p p e a r f i e l dm o n i t o r i n g ， g e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s t sa n dn u m e r i c a lm o d e l i n gw e r ec a r r i e do u tt oi n v e s t i g a t et h e s t a b i l i t yo fl a r g eu n d e r g r o u n dc a v e r ng r o u p sa tg r e a td e p t ha n du n d e rh i 曲i ns i t us t r e s s e s t h ep u b u g o uu n d e r g r o u n dp o w e r h o u s ei sa p p r o x i m a t e l y4 0 0mb e l o wt h eg r o u n d s u r f a c e d u r i n ge x c a v a t i o n ，an u m b e ro fv e r t i c a ls p l i t t i n gc r a c k sa p p e a r e di nt h eh i g hw a l l o ft h eb u s b a rc h a m b e r i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h en u m b e r sa n dd i s t r i b u t i o n so ft h e s ec r a c k s ， b o r e h o l et e l e v i s i o n ( b t v ) o b s e r v a t i o n s ，c 1e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yt e s t e ra n dt h ed e v e l o p e d s e l f - m a d eb o r e h o l ep r o b ew e r ec a r r i e d o u ti nt h ef o u rb o r e h o l e sa tr e g u l a ri n t e r v a l s t h r o u g h o u tt e s t i n g ，t h ed i s t r i b u t i o nr u l e so f t h ev e r t i c a ls p l i t t i n gc r a c k sa n dt h ed i s i n t e g r a t e d z o n e so fs u r r o u n d i n gr o c km a s s e sc a nb eo b t a i n e d m e a n w h i l e ，i tc a nb eo b s e r v e dt h a tt h e 山东大学硕十学位论文 t h r e e d i m e n s i o n a ln u m e r i c a lm o d e l i n gw a sp e r f o r m e da n dt h em o d e lt e s tr e s u l t sw e r e c o m p a r e dw i t ht h en u m e r i c a lm o d e l i n gr e s u l t s k e y w o r d s ：l a r g eu n d e r g r o u n dc a v e r nc o m p l e x ；h i g hi n s i t us t r e s s ；f i e l dm o n i t o r i n g ； g e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s t ；n u m e r i c a lm o d e l i n g 山东大学硕士学位论文 山东人学硕十学位论文 1 1 选题背景和意义 第一章绪论 我国水电资源总量位居世界第一，技术可开发量约为4 亿千瓦，但开发利用水平 较低。而西部地区特别是西南地区水电资源丰富，径流调节好，其开发潜力很大。四 川是我国水力资源技术可开发量最丰富的省份，四川省水力资源又主要集中在金沙 江、雅砻江和大渡河三大河流，称之为“三江”水电基地。“三江”水电基地也是我国规 划中的十三大水电基地中水能资源的主要富集区。其中金沙江干流规划2 4 个梯级电 站，总装机容量超过7 5 0 0 万千瓦；雅砻江干流规划2 1 个梯级电站，总装机容量为2 8 5 6 万千瓦；大渡河干流规划2 2 个梯级电站，总装机容量为2 3 4 0 万千瓦。 我国大型水电工程的地下洞室群大多处于高山峡谷中，洞址常位于初始高地应力 场之中且地应力场受到地形和山体坡度等的强烈影响。在此条件下围岩的脆性破裂现 象在洞群施工期就会明显的出现，渔子溪、十三陵、二滩、拉西瓦以及瀑布沟等工程 在母线洞都发现了近垂直向的裂缝带或大裂缝。二滩水电站在施工期因水平向高地应 力的释放和重分布造成洞群边墙内产生一系列劈裂裂缝，裂缝区深度达2 0m ，因裂隙 带很大，边墙的变形比正常值高出了近两倍，达到1 0c m 以上，如图1 1 所示。 主厂房下游i 2 2 墙 主交室t 游边墒 图1 1 二滩水电站主厂房与主变室之间岩柱内的劈裂裂缝示意图 地下洞群边墙等处出现裂缝区和松弛区除对工程稳定还可能产生三种危害：裂缝 区上延会影响吊车梁的稳定性和承载能力，如瀑布沟地下厂房因吊车梁可能坐落在强 烈的松弛破裂带上，其基础会松动不稳；裂缝区的继续发展，边墙内形成渗流和空气 流动的通道，会使锚索锚杆在以后或运行期逐渐腐蚀，以至失效；工程蓄水后，会在 这些裂缝区出现渗水现象，整个水电站的正常运营将会受到影响。 山东大学硕士学位论文 今后，我国仍将有一系列的大型地下水电站和长大隧道将要在西部高山峡谷区建 造( 或j 下在建造) ，如双江口、两河口、小湾、溪洛渡、向家坝、锦屏电站和南水北 调西线及许多铁路、公路隧道和深部矿山巷道等。地下洞室的规模、埋深和高地应力 等也将是世界前所未有。脆性裂隙岩石中地下洞室在开挖过程和完成后将面临复杂一 系列的非连续变形行为，对工程施工过程和长期稳定性造成严重的威胁。 本文针对西部高地应力条件下大型地下洞室群围岩劈裂破坏和稳定性研究中所 存在的问题，依托国家自然科学基金重点项目“西部高地应力结构性流变岩体的破坏 机理及锚固可靠性研究，以大渡河干流2 2 个梯级电站的下游瀑布沟( 发电规模最大) 和中游双江口两座控制性电站( 规划设计埋深达6 0 0 m 、地应力高达3 8m p a ) 为例， 如图1 2 所示，综合地下洞群现场监测、大比尺三维地质力学模型试验和数值模拟相结 合的方法进行研究。通过上述工作，以期获得具有一定理论意义并可指导工程实践的 关于高地应力条件下大型地下洞室群围岩稳定性的研究成果。 图1 2 大渡河流域2 2 级水电站规划分布图( 瀑布沟水电站；一双江口水电站) 1 2 研究现状 1 2 1 地质力学模型试验 在大型地下洞群围岩稳定性研究方面，目前主要采用工程类比方法、数值模拟方 法和地质力学模型试验1 1 4 1 。然而，随着中国西部大开发的建设、南水北调西线工程的 实施和西电东送战略的展开，正在建设或进入规划设计阶段的将有几十座大型地下式 水电站。大型地下洞室群的规模也逐渐增大，所处的地质环境也更加复杂，尤其是在 深埋、高地应力条件下，围岩的稳定性状况、破坏形态和破坏机理等问题是目前急需 山东大学硕士学位论文 解决的问题。已无法采用简单的工程类比方法进行工程设计，目前数值模拟和地质力 学模型试验是解决这类问题的主要方法1 5 j4 1 ，但传统的有限元法、有限差分法等连续 性数值模拟手段无法预测到这些附加的空腔位移。而地质力学模型试验是真实的物理 实体，在基本满足相似原理的条件下，能更真实地反映洞群在开挖支护中围岩的物理 动态响应，试验过程和结果能给人以更直观的感觉，特别是当研究围岩的破裂机理或 破裂过程时，其具有独特的优势。此外，也可以通过此类模型试验和数值模拟的结果 进行相互验证。因此，十分有必要开展地下洞室群的物理模拟，即开展大型地质力学 模型试验来研究高地应力地下洞室群围岩的变形和破坏机理。 自1 9 6 0 年开始，以e f u m a g a l l i 为首的研究人员在意大利结构模型试验所i s m e s ( i n s t i t u t eo fs t r u c t u r em o d e le x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o n ) 成功地开展了一系列结构模型 试验，比如意大利高度为2 1 6 6m 的v a j o n t 拱坝，并逐渐建立了相似理论，开创了工程 地质力学模型试验技术，试验研究范围从弹性到塑性直至最终破坏阶段【l5 1 6 j 。r i h e u e r 和a j h e n d r o n 等早在1 9 7 1 年至1 9 7 3 年对静力荷载作用下的地下洞室开挖进 行了地质力学模型试验的研究，研究分为有衬砌和无衬砌，完整岩体和节理岩体等几 种情况| 1 7 1 8 】；1 9 7 9 年，在意大禾l j b e r g a m o 举行的国际岩石力学大会上，m t i l l e r ，f u m a g a l l i ， b a r t o n 和d as i l v e i r aa f 等国际知名学者发表了各自的在岩石物理模拟试验方面的成 果1 1 9 2 l 】；b a r t o n 对浅理大型水电站地下洞室群进行了模型试验，研究了节理特性对分 析地下洞室开挖的影响，并对开挖跨度、水平应力等隧道变形影响因素进行了分析； l i uj i a n 和f e n gx i a t i n g 通过物理模型试验对三峡大坝的稳定性进行了评估1 2 2 1 ；s t e r p i e t a l 开展了重力条件下二维和三维软土地层中浅埋隧道的模型试验，并进行了与其对 应的二维和三维有限元数值分析方法研究其稳定性状况i 5 j 。m e g u i de t a l 贝j j 综述了软土 地层中的隧道模型试验，并讨论了由隧道开挖引起的软土变形和破裂机理的若干方法 1 6 1 。l ie ta 1 对四川金沙江流域溪洛渡电站地下洞室群进行了高仿真的三维地质力学模 型试验研究1 2 3 1 ：r c a s t r oe ta 1 对矿井的分块崩塌丌采法进行了大型三维物理模型试验 研究 2 4 】。韩伯鲤对地质力学模型的相似材料进行了系统的研究【25 1 ；陈安敏和顾金才等 对各类地质力学模型试验装置进行了系统的研制【2 6 1 ；孙晓明等为研究软岩的非线性特 性进行了真三轴的地质力学模型试验研究1 2 7 】；西南交通大学开展了许多室内大比例的 模型试验研究，如北京地铁西单车站的模型试验研究、南京地铁三山车站的模型试验 研究、深圳地铁重叠隧道模型试验研究、广州地铁2 号线越秀公园车站模型试验研究 等| 2 8 。3 0 1 ；浙江大学采用模型试验研究了破碎围岩隧道的稳定性1 3 l l ；重庆交通科研设计 山东人学硕士学位论文 院研制了公路隧道综合试验系统，采用地质力学模型试验的方法来研究隧道围岩在隧 道施工中的位移发展过程及稳定性1 3 2 1 ；清华大学水电学院的李仲奎等研制了一种新型 的岩土n i o s 相似材料，并成功应用于溪洛渡电站地下洞群三维地质力学模型试验中 3 3 - 3 4 1 ：李术才和张强勇等对八字岭分俞式隧道从大拱段，连拱短到小间距段进行了地 质力学模型试验的研究，取得了一系列的重大科研成果 3 5 - 3 9 1 ；朱维申等开展了大埋深、 高地应力的条件下的大型准三维地质力学模型试验的稳定性研究，在量测技术方面有 了更高精度的提高，研制和应用了微型多点位移计、数字摄像技术和内置微型摄像技 术等1 4 0 1 。 综上所述，在研究复杂条件下的大型地下洞群的稳定性中，大量的数值计算方法 不可或缺，但是采用地质力学模型试验的方法仍然是一种另具特色和必不可少的方 法，同时也能和数值模拟相互验证和分析。此外，地质力学模型试验方法还可以用来 研究围岩的破裂机制和破坏过程及形态。 1 2 2 地下洞室劈裂破坏现象 目前众多专家也注意到这个现象，但针对脆性劈裂的成因仍未形成共识。近年来， 学者们针对地下洞室群稳定性的研究大多集中在大型洞室整体变形稳定性以及评价 方法方面。目前已采用的有限元法或有限差分法等连续性分析方法都无法预测到这些 附加的空腔位移。f a i r h u r s t 和c o o k 认为在地下一定深度处，脆性围岩中出现平行于开 挖面的劈裂裂缝应该是一种普遍现象1 4 1 1 ；e x a d a k t y l o s 和t s o u t e r l i s 矿井岩柱内的多条 近似垂直的环向裂缝为基础，提出了基于弹性理论和线弹性断裂力学的近似模型1 4 2 】； b a u c h 和l e m p p 通过三轴试验的方法模拟研究了地下洞室围岩中的劈裂破坏现象| 4 3 】； a g l a w e ，j a yp r a t a p r a o 通过3 d 深部地下洞室的开挖过程中不稳定破坏过程进行分析， 指出地下洞室围岩破坏受到地应力系数、洞室的尺寸等影响，开挖引起的较强应力释 放往往会使得洞室周边引起屈曲、剥落以及岩爆等现象1 4 4 1 ；s h i b i n o 采用钻孔电视、 多点位移计等量测方法对日本