软硬互层隧道围岩变形破坏机理研究
发布时间：2021-02-19 21:14
在我国隧道及地下工程建设的步伐中,尤其是在施工过程中会常常遇到各种复杂的不良地质,如断层破碎带、溶洞、冻土、泥化夹层和软岩地段等。自然界中沉积岩是层状构造的岩体占陆地面积的三分之二,层状构造中往往含有大量的软硬互层构造,由于软硬互层构造岩体的特殊性,使得软硬互层岩体的破坏模式主要表现为三种形式:一是沿着斜交层面的剪切破坏,二是沿着层面的滑移破坏,三是沿着层面的劈裂破坏。在这种软硬互层的岩体中开挖隧道时,极易引起隧道围岩失稳,严重还会导致隧道的坍塌。本文以四面山隧道工程为背景,着重分析隧道开挖位置、软硬互层岩体倾角、岩层厚度对隧道围岩稳定性的影响。在整个分析过程中,首先通过自制的软硬互层岩体进行室内单轴和三轴压缩试验,用来分析软硬互层岩体的力学特性及变形破坏形态。然后通过离散元软件PFC2D对上述岩体室内单轴及三轴压缩试验进行数值模拟,最后在对四面山软硬互层岩体隧道开挖进行离散元数值模拟,通过改变隧道的开挖位置、岩层的倾角、岩层厚度来研究软硬互层隧道围岩的裂隙扩展规律及变形破坏机理的影响。研究内容如下:（1）通过软硬互层岩体的单轴、三轴加载试验来研究不同围压、不同岩...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RMT-150C岩石压缩试验仪
9产生滑移。在岩层倾角为0°时，当层厚比为2:0.5时，由图2-4（a）可以看出裂隙几乎都是贯穿了软硬层，当层厚较厚时，由（b）可以看出软硬互层间的贯穿长裂隙较少，更多的是没有贯穿的短裂隙，图（c）当岩体破坏时，仅生成微小裂隙保持较好的完整性。当岩层倾角为30°时，岩体的破坏形态与倾角为0度时有相似的结果，但破碎程度降低。（a）0度、层厚2:0.5（b）0度、层厚2:1（c）0度、层厚2:2（d）30度、层厚2:0.5（e）30度、层厚2:1（f）30度、层厚2:2图2-3单轴压缩作用下不同倾角及层厚的软硬互层岩体试件的破坏形态由图2-4单轴压缩下的应力应变曲线形状可知，当倾角为0度且层厚比为2：0.5时，视这条曲线为曲线1，软硬互层岩体在单轴压缩下与岩石的单轴压缩应力应变曲线大致一致，在单轴加载的初期阶段，岩体存在一段下凹的曲线，这一段属于微裂隙闭合阶段，而后有一段斜线，这一段属于软硬互层岩体的弹性变形至微裂缝稳定发展阶段，然后有一段下凸的曲线，这一段属于裂隙非稳定和破坏阶段，最后岩体到达峰值强度后迅速下降，这一段属于破坏后阶段，根据曲线1与常规岩石的应力应变曲线形状相似可知，软硬互层岩体中软层与硬层的交界处是紧密胶结在一起的；再看图2-4其它岩体的应力应变形状，当岩体到达一定的强度时，突然有一段强度急速下降的阶段，这些曲线与曲线1有着明显的不同，说明岩体的软层厚度及岩层的倾角对岩体的力学特性有着明显的影响。当岩体倾角为0°、30°时，随着软层的厚度增加时，岩体的峰值强度也在减小，说明软硬互层岩体在单轴压缩时，岩体的倾角使得岩体的峰值强度明显减小，相同倾角时，软层厚度的增加也使得峰值强度减校
9产生滑移。在岩层倾角为0°时，当层厚比为2:0.5时，由图2-4（a）可以看出裂隙几乎都是贯穿了软硬层，当层厚较厚时，由（b）可以看出软硬互层间的贯穿长裂隙较少，更多的是没有贯穿的短裂隙，图（c）当岩体破坏时，仅生成微小裂隙保持较好的完整性。当岩层倾角为30°时，岩体的破坏形态与倾角为0度时有相似的结果，但破碎程度降低。（a）0度、层厚2:0.5（b）0度、层厚2:1（c）0度、层厚2:2（d）30度、层厚2:0.5（e）30度、层厚2:1（f）30度、层厚2:2图2-3单轴压缩作用下不同倾角及层厚的软硬互层岩体试件的破坏形态由图2-4单轴压缩下的应力应变曲线形状可知，当倾角为0度且层厚比为2：0.5时，视这条曲线为曲线1，软硬互层岩体在单轴压缩下与岩石的单轴压缩应力应变曲线大致一致，在单轴加载的初期阶段，岩体存在一段下凹的曲线，这一段属于微裂隙闭合阶段，而后有一段斜线，这一段属于软硬互层岩体的弹性变形至微裂缝稳定发展阶段，然后有一段下凸的曲线，这一段属于裂隙非稳定和破坏阶段，最后岩体到达峰值强度后迅速下降，这一段属于破坏后阶段，根据曲线1与常规岩石的应力应变曲线形状相似可知，软硬互层岩体中软层与硬层的交界处是紧密胶结在一起的；再看图2-4其它岩体的应力应变形状，当岩体到达一定的强度时，突然有一段强度急速下降的阶段，这些曲线与曲线1有着明显的不同，说明岩体的软层厚度及岩层的倾角对岩体的力学特性有着明显的影响。当岩体倾角为0°、30°时，随着软层的厚度增加时，岩体的峰值强度也在减小，说明软硬互层岩体在单轴压缩时，岩体的倾角使得岩体的峰值强度明显减小，相同倾角时，软层厚度的增加也使得峰值强度减校
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同围压下花岗岩破裂机制及形状效应的离散元研究[J]. 黄锋,李天勇,高啸也,杨翔,林志. 煤炭学报. 2019(03)
[2]砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究[J]. 王俊,林国进,唐协,何川. 西南交通大学学报. 2018(02)
[3]单轴压缩下软硬互层岩石破裂过程的离散元数值分析[J]. 陈宇龙,张宇宁,李科斌,腾俊洋. 采矿与安全工程学报. 2017(04)
[4]软硬互层隧道稳定性分析及初期支护优化[J]. 任松,欧阳汛,姜德义,陈钒. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(07)
[5]基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观参数敏感性分析[J]. 李灿,邱红胜,张志华. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(05)
[6]基于PFC3D的岩石单轴压缩变形破坏特征分析[J]. 陶建明,熊承仁,温韬,胡桂林,谢放. 人民长江. 2016(13)
[7]软硬互层岩体模型单轴压缩破损规律研究[J]. 吴渤,吴立,罗金泽,贾善坡. 水电能源科学. 2015(04)
[8]双轴压缩试验下岩石裂纹扩展的离散元分析[J]. 张社荣,孙博,王超,严磊. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[9]软硬互层盐岩变形破损物理模拟试验研究[J]. 张桂民,李银平,杨长来,刘伟,施锡林,杨春和. 岩石力学与工程学报. 2012(09)
[10]大理岩三轴压缩试验的颗粒流模拟[J]. 姚涛,任伟,阙坤生,王运栋. 土工基础. 2012(02)
硕士论文
[1]断层破碎带隧道围岩变形破坏机理研究[D]. 高啸也.重庆交通大学 2017
[2]层状岩石倾角效应的试验研究[D]. 郑蕾.重庆大学 2013
[3]软硬岩层互层巷道顶板稳定性分析[D]. 黄达.太原理工大学 2004
本文编号：3041697
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RMT-150C岩石压缩试验仪
9产生滑移。在岩层倾角为0°时，当层厚比为2:0.5时，由图2-4（a）可以看出裂隙几乎都是贯穿了软硬层，当层厚较厚时，由（b）可以看出软硬互层间的贯穿长裂隙较少，更多的是没有贯穿的短裂隙，图（c）当岩体破坏时，仅生成微小裂隙保持较好的完整性。当岩层倾角为30°时，岩体的破坏形态与倾角为0度时有相似的结果，但破碎程度降低。（a）0度、层厚2:0.5（b）0度、层厚2:1（c）0度、层厚2:2（d）30度、层厚2:0.5（e）30度、层厚2:1（f）30度、层厚2:2图2-3单轴压缩作用下不同倾角及层厚的软硬互层岩体试件的破坏形态由图2-4单轴压缩下的应力应变曲线形状可知，当倾角为0度且层厚比为2：0.5时，视这条曲线为曲线1，软硬互层岩体在单轴压缩下与岩石的单轴压缩应力应变曲线大致一致，在单轴加载的初期阶段，岩体存在一段下凹的曲线，这一段属于微裂隙闭合阶段，而后有一段斜线，这一段属于软硬互层岩体的弹性变形至微裂缝稳定发展阶段，然后有一段下凸的曲线，这一段属于裂隙非稳定和破坏阶段，最后岩体到达峰值强度后迅速下降，这一段属于破坏后阶段，根据曲线1与常规岩石的应力应变曲线形状相似可知，软硬互层岩体中软层与硬层的交界处是紧密胶结在一起的；再看图2-4其它岩体的应力应变形状，当岩体到达一定的强度时，突然有一段强度急速下降的阶段，这些曲线与曲线1有着明显的不同，说明岩体的软层厚度及岩层的倾角对岩体的力学特性有着明显的影响。当岩体倾角为0°、30°时，随着软层的厚度增加时，岩体的峰值强度也在减小，说明软硬互层岩体在单轴压缩时，岩体的倾角使得岩体的峰值强度明显减小，相同倾角时，软层厚度的增加也使得峰值强度减校
9产生滑移。在岩层倾角为0°时，当层厚比为2:0.5时，由图2-4（a）可以看出裂隙几乎都是贯穿了软硬层，当层厚较厚时，由（b）可以看出软硬互层间的贯穿长裂隙较少，更多的是没有贯穿的短裂隙，图（c）当岩体破坏时，仅生成微小裂隙保持较好的完整性。当岩层倾角为30°时，岩体的破坏形态与倾角为0度时有相似的结果，但破碎程度降低。（a）0度、层厚2:0.5（b）0度、层厚2:1（c）0度、层厚2:2（d）30度、层厚2:0.5（e）30度、层厚2:1（f）30度、层厚2:2图2-3单轴压缩作用下不同倾角及层厚的软硬互层岩体试件的破坏形态由图2-4单轴压缩下的应力应变曲线形状可知，当倾角为0度且层厚比为2：0.5时，视这条曲线为曲线1，软硬互层岩体在单轴压缩下与岩石的单轴压缩应力应变曲线大致一致，在单轴加载的初期阶段，岩体存在一段下凹的曲线，这一段属于微裂隙闭合阶段，而后有一段斜线，这一段属于软硬互层岩体的弹性变形至微裂缝稳定发展阶段，然后有一段下凸的曲线，这一段属于裂隙非稳定和破坏阶段，最后岩体到达峰值强度后迅速下降，这一段属于破坏后阶段，根据曲线1与常规岩石的应力应变曲线形状相似可知，软硬互层岩体中软层与硬层的交界处是紧密胶结在一起的；再看图2-4其它岩体的应力应变形状，当岩体到达一定的强度时，突然有一段强度急速下降的阶段，这些曲线与曲线1有着明显的不同，说明岩体的软层厚度及岩层的倾角对岩体的力学特性有着明显的影响。当岩体倾角为0°、30°时，随着软层的厚度增加时，岩体的峰值强度也在减小，说明软硬互层岩体在单轴压缩时，岩体的倾角使得岩体的峰值强度明显减小，相同倾角时，软层厚度的增加也使得峰值强度减校
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同围压下花岗岩破裂机制及形状效应的离散元研究[J]. 黄锋,李天勇,高啸也,杨翔,林志. 煤炭学报. 2019(03)
[2]砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究[J]. 王俊,林国进,唐协,何川. 西南交通大学学报. 2018(02)
[3]单轴压缩下软硬互层岩石破裂过程的离散元数值分析[J]. 陈宇龙,张宇宁,李科斌,腾俊洋. 采矿与安全工程学报. 2017(04)
[4]软硬互层隧道稳定性分析及初期支护优化[J]. 任松,欧阳汛,姜德义,陈钒. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(07)
[5]基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观参数敏感性分析[J]. 李灿,邱红胜,张志华. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(05)
[6]基于PFC3D的岩石单轴压缩变形破坏特征分析[J]. 陶建明,熊承仁,温韬,胡桂林,谢放. 人民长江. 2016(13)
[7]软硬互层岩体模型单轴压缩破损规律研究[J]. 吴渤,吴立,罗金泽,贾善坡. 水电能源科学. 2015(04)
[8]双轴压缩试验下岩石裂纹扩展的离散元分析[J]. 张社荣,孙博,王超,严磊. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[9]软硬互层盐岩变形破损物理模拟试验研究[J]. 张桂民,李银平,杨长来,刘伟,施锡林,杨春和. 岩石力学与工程学报. 2012(09)
[10]大理岩三轴压缩试验的颗粒流模拟[J]. 姚涛,任伟,阙坤生,王运栋. 土工基础. 2012(02)
硕士论文
[1]断层破碎带隧道围岩变形破坏机理研究[D]. 高啸也.重庆交通大学 2017
[2]层状岩石倾角效应的试验研究[D]. 郑蕾.重庆大学 2013
[3]软硬岩层互层巷道顶板稳定性分析[D]. 黄达.太原理工大学 2004
本文编号：3041697
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