硐室围岩峰后变形破环特征及力学机理研究

发布时间：2020-10-16 07:23

　　 深埋的地下硐室(隧道和巷道)峰后变形破坏一直以来都是一个重要的研究课题,所表现出来的力学性质相当复杂,地下硐室(隧道和巷道)开挖后,围岩的应力状态会发生改变,由三向受力转变成二向受力,围岩变形特征明显,且围岩变形会从脆性状态转化成塑性状态,围岩的软化、剪胀扩容现象突出,而且在深埋的地下硐室中,高应力场、高地应力场使得围岩开挖后就处于峰值强度状态,其破坏程度大,从某种意义上说,围岩的变形其实就是围岩经过峰值强度后的一个复杂的变形过程,尽管现阶段有许多关于围岩峰后变形的成果借鉴,但是针对硐室开挖后围岩的变形破坏机制尚还存在诸多疑点,诸如围岩变形后围岩本身力学性质的变化,围岩力学性质的变化对围岩应力、变形和稳定的影响等。基于此,本文在前人研究的基础之上,借鉴他人的试验成果并总结归纳,针对地下硐室峰后的变形破坏特征,考虑到岩土体受开挖影响的变形情况,围岩不同的地质条件和岩体塑性的复杂特性,对地下硐室(隧道和巷道)进行合理分区,并结合实验室的常规三轴试验的数据所得的全应力应变曲线,引入软化模量的概念及确定方法,通过硐室围岩峰后软化阶段的“5点”模型进一步探讨软化模量、黏聚力、内摩擦角的变化,并利用Matlab最小误差拟合得到这三者之间的关系。再者,围绕硐室围岩变形的特征,考虑岩体的扩容剪胀特性,针对不同的塑性条件,采用非关联的流动准则对地下硐室围岩的弹塑性进行讨论,并结合实际的工程算例进行分析,得出围岩切向应力会随着软化模量的增大而减小,径向应力会随着软化模量的增大而增大。软化模量的增大会导致残余强度区和塑性软化区的半径都会有不同程度的增大。通过分析岩体的剪胀对围岩位移的影响,并针对不同的塑性准则条件进行对比,得出Hoek-Brown准则解优于Mohr-Coulomb准则解。这为系统全面地研究地下硐室变形破坏特征及实际的支护技术提供理论依据和参考;因此,本文的研究具有重要的工程意义和科学价值。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU457
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 问题的提出及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 硐室围岩峰后变形破坏及稳定性研究概述
        1.2.2 硐室围岩弹塑性力学方法研究概述
    1.3 存在的问题
    1.4 研究内容、拟解决的关键问题
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 拟解决的关键问题
    1.5 拟采取的技术措施和办法、技术路线
        1.5.1 拟采取的技术措施和办法
        1.5.2 技术路线
    1.6 本章小结
2 岩石峰后的变形破坏及应变软化力学分析
    2.1 岩石的变形破坏性质
        2.1.1 概述
        2.1.2 岩石的实验室三轴试验全过程分析
    2.2 围岩峰后软化阶段力学性质的分析
        2.2.1 峰后软化阶段应力衰减现象的影响因素
        2.2.2 峰后软化力学模型
    2.3 峰后软化参数的确定
        2.3.1 软化模量η的确定
        2.3.2 黏聚力C和内摩擦角?的确定
    2.4 本章小结
3 基于岩石三轴压缩试验峰后软化参数规律分析
    3.1 黏聚力、内摩擦角与围压的关系
        3.1.1 引用三轴压缩试验数据的归纳总结
        3.1.2 内摩擦角和黏聚力随围压变化趋势分析
        3.1.3 基于内摩擦角与黏聚力变化趋势的理论弹塑性分析
    3.2 黏聚力、内摩擦角与软化模量的关系
        3.2.1 岩体剪胀特性对软化阶段力学参数的影响
        3.2.2 软化阶段围岩力学参数拟合的成果分析
    3.3 本章小结
4 硐室围岩理论弹塑性分析
    4.1 计算模型
    4.2 Mohr-Coulomb准则下的围岩弹塑性
        4.2.1 弹性区的应力和位移
        4.2.2 塑性软化区的应力和位移
        4.2.3 残余强度区应力场和位移场
        4.2.4 塑性软化区与残余强度区范围
    4.3 Hoek-Brown准则下的围岩弹塑性
        4.3.1 Hoek-Brown准则简介
        4.3.2 弹性区的应力和位移
        4.3.3 塑性软化区的应力场和位移场
        4.3.4 残余强度区应力和位移
        4.3.5 塑性软化区与残余强度区范围
    4.4 本章小结
5 应用举例
    5.1 塑性软化区的应力分析
    5.2 剪胀对围岩位移的影响
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 不足与展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间科研成果

【参考文献】

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本文编号：2842954