深埋隧道动力扰动诱发岩爆分析及程序实施

发布时间：2020-07-31 20:51

【摘要】：深埋隧道在开挖过程中受到不同形式的扰动,例如地震、机械振动、爆破等,这些都会破坏围岩的稳定性,导致岩爆现象的发生,岩爆是深埋地下工程在开挖过程中常见的破坏现象。由于有地应力的存在,围岩在受到扰动时,会引起动态弹射性破裂,造成严重灾难。因此,深埋特长隧道施工中的岩爆预测、现场地应力分析及岩爆防治成为目前亟待解决的难题。本文基于岩爆判据与双T~2屈服准则的相关理论,以数值模拟的手段对不同形式动力扰动下深埋隧道的岩爆预测及相关屈服准则的二次开发进行综合分析,主要研究内容如下:(1)基于动力扰动理论,利用ABAQUS有限元软件建立隧道数值模型,分析研究不同形式的动力扰动、不同侧压力系数、及衬砌厚度对围岩稳定性的影响,并对动力扰动过程中围岩应力的变化规律,以及围岩塑性区进行分析,得到了周期相同、幅值相同时,梯形波形式作用下围岩塑性破坏最严重。(2)根据陶振宇岩爆判据,对比不同形式动力扰动对岩爆诱发的影响,分析了动力扰动作用下岩爆响应程度以及规律,总结了诱发不同等级岩爆的临界作用时长,以及所产生的最大主应力。(3)基于双T~2屈服准则编写了弹塑性UMAT子程序,通过与ABAQUS中的Mises屈服准则计算结果进行对比,同时对双T~2屈服准则中的参数λ进行了分析。(4)在双T~2屈服准则基础上引入广义双t~2强度理论编写UMAT子程序,进行了数值解与与解析解的对比分析,验证了广义双t~2强度理论的UMAT子程序的正确性,并讨论了参数K_0的影响规律。(5)利用双T~2强度理论子程序,对沙湾千枚岩隧道进行了岩爆预测,结合二郎山岩爆判据与陶振宇岩爆判据判定洞周荷载诱发岩爆的等级,结果表明了用双T~2强度理论进行岩爆等级判定是可行的。本文的研究成果,对类似隧道工程的施工存在一定的指导意义,在数值计算过程中可通过参数λ的改变得到不同的屈服准则,针对不同的工程材料进行不同屈服准则的选择,提高数值模拟的适应性。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U456.3
【图文】：

技术路线图,屈服准则,岩爆预测,隧道工程

第 1 章绪论主应力的大小。（3）采用增量法对修正邓肯E B模型进行二次开发，采用单轴压缩、单轴拉伸、纯剪的受力形式对单个单元体进行受力分析，选取实际工程材料参数模拟，与邓肯E 模型数值模拟结果进行对比，验证其正确性并讨论优劣。（4）对双2T 屈服准则进行子程序二次开发，通过单个单元体和多单元体的多种受力模型，与相应的 Mises 屈服准则模拟结果的应力以及塑性区对比，从而验证子程序的正确性。并通过改变的数值得到不同的屈服准则，讨论分析参数改变的影响。（5）在双2T 屈服准则的基础上引入广义双2 强度理论与沈阳某挡土墙进行对比，讨论系数0K 的影响，结合沙湾隧道工程进行实际工程岩爆预测，并与隧道工程报告书中岩爆预测结果进行对比。1.4.2 技术路线围绕本文研究目的意义，为实现以上研究内容，制定技术路线图如图 1.1 所示。

隧道断面,围岩,力学参数,衬砌

、深度 100m 的三维隧道模型，施加隧洞高为 12m，宽为 19m。计算区域域进行细化，从而达到计算效率最优式如图 2.1，梯形波形式如图 2.2 以Pa 和 50MPa 及 3 种时间周期 0.01s拟软件中的Dynamic，Implicit模块功度，选择一个开挖周期挖进 4m，共该步对应衬砌支护，并在每步的开挖组合下围岩塑性区的分布形式进行比

加载曲线,加载曲线,单周期,折线

图 2.2 折线波单周期加载曲线Fig. 2.2 Single cycle curve of broken line图 2.3 梯形波单周期加载曲线Fig. 2.3 Single cycle curve of trapezoid wave

【参考文献】