深埋隧道围岩变形能演化及分布规律研究

发布时间：2022-10-10 11:13

　　岩爆、软岩大变形等深埋工程地质灾害本质上是能量驱动下的一种岩体状态失稳现象,从能量角度研究深埋隧道围岩的变形破坏规律,可以突破传统的应力应变分析方法,为深埋地质灾害预测和机理研究带来一种崭新的视角和分析手段,同时也可为深埋隧道支护设计和施工安全提供理论指导。本文针对深埋隧道围岩变形能演化及分布规律,从室内试验、解析研究、数值研究、参数化分析和实例验证等多个角度进行研究,主要获得以下成果:1.在总结现有岩石能量演化研究成果的基础上,发现采用“应变能”表达岩体内储存或耗散的能量并不全面,“应变”只是变形的一种表达方式,当岩体单元产生的变形过大,超过其本身尺寸时,“应变能”已不再适用。因此本文引入“变形能”概念,分别用全变形能、弹性变形能和耗散变形能来描述岩体的能量集中、积聚和耗散现象。2.针对岩石变形破坏过程中的变形能演化,分别对深部页岩和砂岩开展常规三轴压缩试验和不同围压下三轴循环加、卸载试验研究。系统研究不同围压下轴向变形能、径向扩散变形能、耗散变形能和弹性变形能在岩石变形破坏过程中的演化规律。根据岩样破坏时的变形能积聚和耗散规律,创新性地提出弹性能耗比概念,该指标在能量演化过程中的突... 

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1“深部”的定义
        1.2.2 岩石能量演化试验研究现状
        1.2.3 深埋隧道(洞)围岩能量演化研究现状
    1.3 研究内容及方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法与技术路线
第2章 岩石变形破坏过程的变形能演化试验研究
    2.1 引言
    2.2 试验设备与试样制取
    2.3 变形能转化机制和计算方法
    2.4 常规三轴压缩试验研究
        2.4.1 试验方案及结果
        2.4.2 变形能演化规律
    2.5 三轴循环加、卸载试验研究
        2.5.1 试验方案及结果
        2.5.2 变形能演化规律
    2.6 基于能量突变的岩石强度失效判据
    2.7 本章小节
第3章 深埋隧道围岩变形能分布解析研究
    3.1 引言
    3.2 单位圆和任意开挖截面的共形映射
    3.3 隧道围岩应力解析研究
    3.4 变形能解析研究
    3.5 解析验证
        3.5.1 圆形隧道围岩变形能解析解验证
        3.5.2 矩形隧道围岩变形能解析解验证
    3.6 本章小节
第4章 深埋隧道围岩变形能演化及分布规律数值方法研究
    4.1 引言
    4.2 基于数值分析方法的已有能量指标参数
    4.3 能量集中指数、能量积聚效率和能量耗散效率的提出
        4.3.1 全变形能计算
        4.3.2 能量集中指数、能量积聚效率和能量耗散效率
    4.4 能量集中指数、能量积聚效率和能量耗散效率的合理性验证
    4.5 本章小节
第5章 深埋隧道围岩变形能分布影响因素数值研究
    5.1 引言
    5.2 地应力方向影响分析
    5.3 隧道尺寸影响分析
    5.4 隧道洞型影响分析
    5.5 本章小节
第6章 工程实例分析
    6.1 引言
    6.2 玲珑金矿深埋隧洞围岩变形能演化及分布研究
        6.2.1 工程概况
        6.2.2 变形能演化及分布特性
    6.3 跃龙门隧道围岩变形能演化及分布研究
        6.3.1 工程概况
        6.3.2 变形能演化及分布特性
    6.4 本章小节
第7章 结论和展望
    7.1 结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]加、卸载条件下花岗岩损伤演化分析（英文）[J]. 戴兵,赵国彦,H.KONIETZKY,P.L.P.WASANTHA.  Journal of Central South University. 2018(05)
[2]三轴循环荷载作用下页岩能量演化规律及强度失效判据研究[J]. 李子运,吴光,黄天柱,刘洋.  岩石力学与工程学报. 2018(03)
[3]基于能量原理的深埋隧洞TBM施工岩爆机理分析[J]. 蒋邦友,王连国,顾士坦,张晓东,李文帅.  采矿与安全工程学报. 2017(06)
[4]深埋隧洞围岩应力的精确解与近似解的对比分析[J]. 周凤玺,曹小林.  应用数学和力学. 2017(10)
[5]深井巷道掘进围岩演化特征模拟与扰动应力场分析[J]. 周辉,渠成堃,王竹春,张传庆,胡善超,沈峥,杨凡杰.  岩石力学与工程学报. 2017(08)
[6]“深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展望[J]. 谢和平.  工程科学与技术. 2017(02)
[7]沙吉海煤矿弱胶结膨胀性软岩巷道大变形控制对策[J]. 郝育喜,王炯,袁越,王晓雷,朱国龙,何满潮.  采矿与安全工程学报. 2016(04)
[8]考虑卸荷应力路径的深部采空区失稳局部能量释放判别准则[J]. 付建新,宋卫东,谭玉叶.  岩石力学与工程学报. 2016(02)
[9]深部岩体力学研究与探索[J]. 谢和平,高峰,鞠杨.  岩石力学与工程学报. 2015(11)
[10]大梁隧道软岩大变形及其支护方案研究[J]. 戴永浩,陈卫忠,田洪铭,杨建平,孟祥军,邓小林.  岩石力学与工程学报. 2015(S2)

博士论文
[1]煤矿深部砂岩卸荷特性及岩爆预测方法研究[D]. 徐婕.武汉大学 2016
[2]岩石变形破坏过程中的能量演化机制[D]. 张志镇.中国矿业大学 2013
[3]高应力软岩隧道施工过程力学效应规律及围岩控制研究[D]. 张结红.长安大学 2012
[4]大型地下洞室开挖围岩卸荷变形机理及其稳定性研究[D]. 黄达.成都理工大学 2007

硕士论文
[1]深埋圆截面隧道弹—粘—塑—脆性应力—位移及任意截面隧道塑性区的解析计算[D]. 魏昂.北京交通大学 2014



本文编号：3689517