太岳山隧道紫红色泥岩工程地质特性研究

发布时间：2017-06-09 12:14

  本文关键词：太岳山隧道紫红色泥岩工程地质特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：太岳山隧道紫红色泥岩是该隧道穿过的主要岩层,与隧道工程联系紧密。该泥岩有着较为特殊的工程地质特性,为隧道的勘察和施工带来了诸多问题。因此,研究该紫红色泥岩的工程地质特性具有重要意义。本文对太岳山隧道的基本概况进行了简要介绍,并通过室内崩解试验和三轴压缩试验得到了一些基本规律和力学参数,之后使用数值模拟软件对隧道开挖前后位移和应力的变化情况进行对比分析。通过一系列崩解试验,考虑崩解作用时间、试样体积大小和干湿循环次数三个因素对试验结果的影响,得出紫红色泥岩崩解试验基本结论:(1)随崩解作用时间的增加,崩解量总体呈逐渐增大的趋势,但是风化程度依然是主导因素;(2)完整试块的体积大小对崩解作用有一定的影响,且崩解率随试样体积的增加逐渐减小;(3)干湿循环作用对试样的崩解过程影响显著,崩解量随着试样干湿循环次数的增加而增大。利用RMT-301多功能电液伺服刚性试验机和GCTS ULT-100超声波测试系统对太岳山隧道紫红色泥岩进行三轴压缩试验,并分析了三轴压缩过程中应力-应变曲线特性。试验过程中采集声波数据进行声波特性分析,试验完成后对破裂形式进行分析,得到以下基本结论:(1)紫红色泥岩随围压的增大,峰值强度逐渐提高,残余强度逐渐增大。虽然部分岩样在给定围压下的峰值强度由于岩样内部不均匀裂隙的作用有所反常,但其残余强度与峰值强度的比值仍然是随着围压的增大而逐渐提高;(2)紫红色泥岩三轴压缩试验在围压高于2 MPa情况下,岩样被剪应力“剪坏”,且该破坏形式符合Mohr-Coulomb破坏准则,压缩破坏后实际破裂角与依据Mohr-Coulomb准则计算所得的角度相近;(3)该紫红色泥岩纵波波速变化与应力-应变曲线变化起伏规律基本一致,纵波波速随围压的升高而增大且变化幅度逐渐趋于平稳,纵波波速与试样峰值强度成正比关系。运用数值模拟软件对隧道开挖进行模拟计算,通过对比开挖前后的隧道内应力和位移得出以下结论:(1)在隧道开挖后并未采取任何支护措施的情况下隧道顶部和底部出现较大的位移;(2)开挖前后隧道底部和两侧的应力状态改变程度较大,应力状态由原来的受压转变为受拉,若该拉应力超过了岩体抗拉强度值,就会导致隧道围岩的破坏、坍塌。
【关键词】：岩石力学 泥岩 崩解 围压 波速
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.11
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 选题背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 研究方法及主要研究内容12-14
• 第二章 太岳山隧道基本概况14-23
• 2.1 自然地理概况14-15
• 2.1.1 地理位置14-15
• 2.1.2 水系15
• 2.1.3 气候特征15
• 2.2 区域地质环境15-20
• 2.2.1 地形地貌15-17
• 2.2.2 地层岩性17
• 2.2.3 地质构造17-19
• 2.2.4 水文地质条件19
• 2.2.5 地震及不良地质现象19-20
• 2.3 隧道赋存环境与围岩分级20-22
• 2.3.1 隧道工程地质岩组20
• 2.3.2 隧址渗流场20
• 2.3.3 隧道围岩分级20-22
• 2.4 小结22-23
• 第三章 紫红色泥岩物理水理性质23-46
• 3.1 物质组成23-26
• 3.1.1 矿物成分23-24
• 3.1.2 化学成分24-26
• 3.2 基本物理水理性质26-30
• 3.2.1 岩石密度26-27
• 3.2.2 吸水性27-28
• 3.2.3 软化性28-29
• 3.2.4 透水性29-30
• 3.3 崩解试验30-44
• 3.3.1 试验设计30-32
• 3.3.2 不同崩解作用时间下的试验结果32-38
• 3.3.3 不同试样体积对应的崩解试验结果38-41
• 3.3.4 干湿循环作用下的崩解试验结果41-44
• 3.4 小结44-46
• 第四章 三轴压缩试验及波速变化分析46-56
• 4.1 试验设计46-47
• 4.1.1 试样制备46
• 4.1.2 试验设备及方法46-47
• 4.2 试验结果分析47-55
• 4.2.1 应力-应变曲线分析47-49
• 4.2.2 c、φ值的确定及破裂形式分析49-51
• 4.2.3 波速变化分析51-55
• 4.3 小结55-56
• 第五章 FLAC3D数值模拟56-62
• 5.1 本构模型与网格建立56-57
• 5.1.1 基本本构模型介绍56
• 5.1.2 本构模型的选择56-57
• 5.2 数值模拟计算57-61
• 5.2.1 模型网格建立57-58
• 5.2.2 定义材料和边界条件58
• 5.2.3 计算结果分析58-61
• 5.3 小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 基本结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 在学期间的研究成果67-68
• 致谢68

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本文编号：435427