基于耦合数值方法的下穿采空区隧道围岩稳定性研究

发布时间：2021-02-16 20:49

　　随着近年来高速公路网的增多,公路隧道就不可避免要穿越含煤采空区地层。煤矿采空区作为含煤地层被开采后的遗留区域,受煤矿开采扰动而极大的破坏了原有煤层的稳定状态,使得采空区区域具有较大孔隙率、较强的离散性和围岩稳定性差的特点。本文以穿越煤系地层和连续采空区地带的宜泸高速公路观斗山隧道为依托,提出基于FDM和DEM耦合分析方法,以PFC3D离散元软件和FLAC3D有限差分软件为数值模拟的实现平台,来研究在隧道下穿含煤采空区地层的过程中隧道围岩稳定性破坏特征。研究的主要看成果如下:（1）根据对采空区地层形成过程的分析以及采空区地层所具有的离散性、连续性特征,提出采用FDM和DEM的三维耦合分析方法,同时选取Hoek-Brown强度准则作为本构模型,来模拟隧道下穿采空区地层,并论述了耦合分析准确性及合理性,以及确定了冒落带细观参数的选取。（2）根据采空区地层特点,通过FDM和DEM的三维耦合分析方法完成了采空区地层构造形态以及隧道开挖的模拟分析,并分别以釆空区倾角、间距和采煤厚度为控制变量。在无支护的情况下,有采空区的存在相比无采空区的情况对隧道围岩的稳定性影响更大,特别是隧道下穿双层采空区时,... 

【文章来源】：重庆交通大学重庆市

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状综述
        1.2.1 穿越采空区隧道围岩稳定性分析研究现状
        1.2.2 数值分析方法研究现状
    1.3 主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 采空区隧道围岩稳定性的耦合数值分析方法
    2.1 采空区地层隧道围岩稳定性理论分析
        2.1.1 采空区地层形成机理
        2.1.2 隧道穿越采空区地层的应力场特征
        2.1.3 采空区“三带”经验计算法
    2.2 离散元颗粒流模拟的基本原理
        2.2.1 离散元基本微观接触本构模型
        2.2.2 PFC3D模拟采空区冒落带的合理性与细观参数选取
    2.3 FDM和 DEM耦合数值模拟
        2.3.1 FDM和 DEM耦合数值模拟的必要性
        2.3.2 耦合中数据传输和采用的代码
        2.3.3 耦合数值模拟的节点力传递
    2.4 本章小结
第三章 采空区对下穿隧道围岩稳定性的影响研究
    3.1 依托工程的概况
    3.2 本构模型的选取
        3.2.1 广义H-B岩体强度准则
        3.2.2 地质强度指标GSI的取值
    3.3 耦合数值模拟方案和材料参数选取
        3.3.1 耦合数值模拟方案
        3.3.2 材料参数的选取
    3.4 下穿采空区隧道地层耦合数值分析
        3.4.1 采空区倾角对隧道围岩的影响研究
        3.4.2 采空区与隧道间距对隧道围岩的影响研究
        3.4.3 采煤厚度对隧道围岩的影响研究
        3.4.4 双层采空区对隧道围岩的影响研究
    3.5 本章小结
第四章 下穿采空区隧道支护结构对围岩稳定的影响研究
    4.1 下穿采空区地层隧道围岩对衬砌作用研究
        4.1.1 单层采空区隧道围岩对衬砌作用分析
        4.1.2 双层采空区隧道围岩对二衬作用分析
    4.2 基于H-B准则的围岩松动区厚度弹塑性分析
        4.2.1 基于H-B准则的围岩松动区的理论计算方法
        4.2.2 有支护情况下围岩松动区对比分析
        4.2.3 无支护情况下围岩松动区对比分析
    4.3 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
在学期间发表的论著及取得的科研成果



本文编号：3036913