泥质断层破碎带隧道突水突泥灾变机理研究及应用
本文关键词:泥质断层破碎带隧道突水突泥灾变机理研究及应用 出处:《山东大学》2017年博士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:随着我国公路及铁路等交通基础设施的快速发展,在修建过程中经常要穿越山岭、湖泊等各种形式地层,隧道是最常见的穿越方式。由于我国幅员辽阔,地形地貌种类繁多,地质条件复杂,岩溶、断层破碎带等不良地质大量分布,隧道穿越不良地质时极易发生地质灾害。断层破碎带岩体具有强度低、遇水弱化崩解、裂隙分布广、地下水运移无规律等特征。当隧道通过不良地质时,在地应力、水压力及开挖扰动的联合作用下,隧道极易发生塌方以及突水突泥等地质灾害。因此,研究断层破碎带隧道突水突泥灾变机理,对灾害的预警及处治理论的研究具有指导意义,为研究隧道建设安全科学奠定基础。本文采用突变理论、模型试验、数值模拟以及工程应用等多种方法对突水突泥灾变演化过程进行了深入的研究,并取得了相关研究成果。(1)基于典型断层破碎带突水突泥特点,研究灾害赋存地质特征,对地下水的影响作用进行重点分析。针对不同类型灾变模式,分析工程地质特征及水文地质特征对灾害发生的影响方式及破坏特征,利用模糊数学分析主要致灾因素,得到了各因素对灾害贡献值及规模影响。(2)建立了断层地质构造力学模型,通过时效损伤本构模型描述围岩在动态破坏中的黏性和损伤特性,建立突变模型,通过数学分析得到临灾判据。建立多次突水突泥试验系统,对临灾判据进行验证,并提出岩土体在突水突泥过程中的空间破坏形态。(3)建立了地质模型试验系统对试验中的数据信息进行采集,研究了开挖过程中隧道围岩在多场耦合作用下灾变演化过程。(4)基于离散颗粒流方法,以永莲隧道为工程背景,建立了断层破碎带隧道数值模型,对开挖过程中的正常岩体以及断层岩体的综合物理场以及颗粒接触力进行研究。(5)建立了临灾信息响应体系,能够对灾害发生的可能性进行评估,在江西永莲隧道进行了应用,指导了工程加固所需要的力学参数指标,通过信息响应体系判定岩体稳定性,确保工程安全。
[Abstract]:With the rapid development of transportation infrastructure such as highways and railways in China, we often cross all kinds of strata such as mountains and lakes in the process of construction. Tunnel is the most common way of crossing. Because of the vast territory, various landforms and complicated geological conditions, a large number of unfavorable geological conditions such as karst and fault fractured zone are widely distributed in China. The rock mass in fault fractured zone has the characteristics of low strength, weak disintegration of water, wide fracture distribution and irregular groundwater migration. When the tunnel passes bad geology, under the combined action of ground stress, water pressure and excavation disturbance, the tunnel is prone to geological disasters such as landslide and water inrush. Therefore, studying the mechanism of water bursting and mud bursting in the fault fractured zone is of guiding significance for the study of disaster early warning and treatment theory, and lays the foundation for studying the safety science of tunnel construction. In this paper, catastrophe theory, model test, numerical simulation and engineering application have been used to study the catastrophe evolution process of water and mud burst. (1) based on the characteristics of the water inrush from the typical fault zone, the geological characteristics of the disaster are studied, and the influence of the groundwater is emphatically analyzed. According to different types of catastrophe models, we analyzed the impact and damage characteristics of engineering geological characteristics and hydrogeological characteristics on disasters. We used fuzzy mathematics to analyze the main disaster causing factors, and got the influence of each factor on the contribution and scale of disasters. (2) a fault geological structure mechanics model is established. The viscosity and damage characteristics of surrounding rock in dynamic failure are described by aging damage constitutive model. A catastrophe model is established, and the disaster criterion is obtained through mathematical analysis. A number of water inrush test systems are established to verify the critical criteria, and the spatial failure pattern of rock mass in the process of water inrush is proposed. (3) a geological model test system has been established to collect data from experiments, and the process of catastrophe evolution of tunnel surrounding rock under multi field coupling has been studied. (4) based on the discrete particle flow method, based on the Yong Lian tunnel as the engineering background, a numerical model of the fault fractured zone is established, and the comprehensive physical field and the particle contact force of the normal rock mass and the fault rock mass during excavation are studied. (5) a disaster response information system has been established. It can assess the possibility of disasters. It has been applied in Jiangxi Yong Lian tunnel, guiding the mechanical parameters of engineering reinforcement, and judging the stability of rock mass by information response system, so as to ensure engineering safety.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U456.3
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,本文编号:1338337
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