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摘要
随着新能源的迅猛发展，不同于传统隧洞工况的压缩空气储能电站地下硐库存在上覆岩体稳定性问题，其潜在失稳模式亟待研究。采用Mohr-Coulomb强度准则，基于岩体极限应力场，同时考虑张拉和剪切破坏2种模式，将浅埋隧道式岩石内衬硐室潜在失稳模式归结为一簇常微分方程组的初值问题，并给出了求解方法。与物理模型试验结果对比分析，验证了方法的可靠性。并研究埋深、硐径、地应力系数以及内摩擦角对失稳形态的影响，结果表明地应力系数和内摩擦角影响较大，最大水平地应力方向垂直于隧道式硐室轴线更利于上覆岩体稳定。另一方面，内摩擦角对失稳形态的影响依赖于地应力系数，当地应力系数小于1时，内摩擦角越小潜在破裂面越接近水平方向；地应力系数等于1时，内摩擦角几乎无影响；地应力系数大于1时，内摩擦角越大潜在破裂面越接近水平方向。鉴于此，硐室布置、埋深和硐径设计应综合考虑地应力和内摩擦角影响。最后，将潜在破坏面形态进行简单的几何参数化，给出几何参数与地应力系数和内摩擦角的对应关系，以供工程设计参考。在破坏模式上，地应力系数较小时，潜在破裂面为张拉–剪切复合模式，张拉区域位于靠近硐壁和地表位置；地应力系数较大时，则为剪切破坏。
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单位中国科学院大学; 岩土力学与工程国家重点实验室; 中国科学院武汉岩土力学研究所; 中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司
