六盘山引水隧洞泥岩蠕变试验研究

发布时间：2017-09-24 13:40

  本文关键词：六盘山引水隧洞泥岩蠕变试验研究

  更多相关文章： 蠕变特性 泥岩 三轴蠕变试验 Burgers本构模型 FLAC~(3D)

【摘要】：蠕变特性是岩石重要的力学特性之一,与工程的长期稳定和安全密切相关。工程实践表明,地下隧道的破坏和失稳,在许多情况下并不是在开挖后立即发生的,隧道从开始变形到最终破坏是一个与时间有关的复杂的非线性累进过程。岩石蠕变是隧道产生大变形乃至失稳的重要原因之一,因此,合理地描述和揭示岩石与时间相关的力学行为,认识其时效变形规律与破坏特征具有重要的理论意义和实用价值。地下工程在其施工的过程中经常会遇到软岩,软岩的抗压强度比较低,并且受环境改变的影响较大,具有相对显著的蠕变特性,蠕变量较大,对工程安全带来许多不利的影响,经常会造成其支护系统的失稳甚至破坏。白垩系泥岩是六盘山引水工程区白家村隧洞内出露的主要软岩地层,泥岩的蠕变力学特性直接影响到隧道的长期稳定与安全。因此,研究白垩系泥岩的蠕变特性对于合理解释拟建隧道工程的时效力学行为,掌握其应力和变形特性,评价工程的长期稳定和安全运行都具有十分重要的意义。鉴于此,采用岩石全自动三轴流变伺服仪,对白家村隧洞内出露的白垩系泥岩进行三轴压缩蠕变试验,基于试验结果,分析岩石蠕变特性和初步做出一些分析。岩石材料的力学特性受各种外界条件和内部构造等因素影响是很复杂的。元件模型是描述岩石蠕变特性的重要方法之一,它由代表物体材料弹性的 弹簧‖元件、代表粘性特征的 粘壶‖元件和代表塑性特征的 摩擦片‖元件的串并联组合而成。不同的模型组合起来能够描述不同种类岩石的变形特征,其中Burgers模型被许多学者用来描述岩石流变的特性。本文在对试验数据分析的基础上选用Burgers本构模型来对泥岩不同轴压作用下轴向应变和径向应变的蠕变曲线进行拟合,分别进行流变力学特性参数的辨识并分析在不同轴压作用下岩石的蠕变力学参数规律进行分析归纳,为工程围岩的稳定性分析提供一些理论依据。在实验数据的基础上,选用FLAC3D数值软件,对隧洞进行施工期和运行期的稳定性分析研究,在工程的支护时间和围岩稳定性的时间效应上进行了一定的分析研究,在该引水工程的建设中具有一定程度上的参考意义
【关键词】：蠕变特性 泥岩 三轴蠕变试验 Burgers本构模型 FLAC~(3D)
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV672.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-29
• 1.1 岩石流变理论10-12
• 1.1.1 岩石流变特性内容10
• 1.1.2 岩石流变理论概要10-12
• 1.2 流变模型基础理论12-21
• 1.2.1 流变模型概述12-19
• 1.2.2 岩石的蠕变变形19-21
• 1.3 国内外研究现状21-23
• 1.4 岩石流变特性研究中的问题23-24
• 1.5 本文的主要研究内容24-26
• 1.6 本文技术路线和创新点26-29
• 1.6.1 技术路线26
• 1.6.2 本文创新点26-29
• 2 六盘山引水工程地质概况29-37
• 2.1 区域工程地质概况29-32
• 2.1.1 地形地貌29-30
• 2.1.2 地层岩性30-32
• 2.1.3 水文地质32
• 2.2 白家村隧洞工程地质条件32-37
• 3 岩石常规三轴力学试验37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 岩石三轴常规试验研究37-40
• 3.2.1 岩性特征37
• 3.2.2 试验仪器介绍37-39
• 3.2.3 岩样制备39-40
• 3.2.4 试验过程40
• 3.3 岩石三轴常规试验力学特性研究40-44
• 3.3.1 岩石变形特性分析41-44
• 3.3.2 岩石破坏特征分析44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 岩石三轴蠕变试验45-63
• 4.1 泥岩蠕变试验概述45-48
• 4.1.1 泥岩蠕变试验方案选择45-46
• 4.1.2 泥岩三轴蠕变试验设备46-47
• 4.1.3 泥岩三轴蠕变试验步骤47-48
• 4.2 泥岩三轴蠕变试验研究48-56
• 4.2.1 Boltzmann叠加理论的原理和假设48-50
• 4.2.2 试验结果整理50-51
• 4.2.3 试验结果及分析51-56
• 4.3 蠕变本构模型选择和参数辨识56-61
• 4.3.1 粘弹性蠕变模型56-57
• 4.3.2 蠕变曲线拟合57-59
• 4.3.3 Burgers模型参数辨识与验证59-60
• 4.3.4 岩石蠕变规律研究60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 5 引水隧洞典型断面稳定性分析63-79
• 5.1 FLAC~(3D)基本原理介绍63-65
• 5.1.1 FLAC~(3D)软件的基本原理63
• 5.1.2 FLAC~(3D)软件的优缺点63-65
• 5.2 FLAC~(3D)计算模型及材料参数65
• 5.2.1 计算假设65
• 5.2.2 计算模型、坐标系建立及设置边界条件65
• 5.2.3 材料的参数65
• 5.3 FLAC~(3D)模型计算结果分析评价65-77
• 5.3.1 不同的支护层厚度65-71
• 5.3.2 经过不同时步进行支护71-77
• 5.4 本章小结77-79
• 6 结论和展望79-81
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文81-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-88

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本文编号：911760