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软质板岩隧道大变形力学行为与控制技术研究

作　者: 杜雁鹏
导　师: 傅鹤林
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 板岩隧道水理特性蠕变特性数值模拟监控量测大变形控制
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 88次
引　用: 1次
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内容摘要

软岩大变形的控制是隧道施工需要解决的技术难题。本文结合湖南省交通厅课题(2009024),以怀通高速公路软质板岩隧道为依托,展开软质板岩隧道大变形力学行为与控制技术研究。具体研究成果如下：1.选取板岩试样,在电子显微镜下进行了成分鉴定与微观结构观察,了解了其组成成分,微观构造以及颗粒胶结方式的特征；通过板岩的吸水性、膨胀性、崩解性了解水对板岩的作用和影响规律,并求出吸水性、膨胀性的变化规律公式,拟合出对应的参数；通过不同含水率条件下的室内压缩试验了解水对板岩力学特性的影响以及板岩力学性质的各向异性；通过赋水状态、接触角、微结构等方面对板岩的水理性机理进行了分析。2.根据蠕变曲线对典型蠕变过程进行了细致的描述分析；在归纳整理已有的蠕变理论和本构模型基础上,根据本次对板岩的蠕变性质试验研究,建立简单本构模型；以室内压缩试验试验为基础,分析了不同压力差与不同含水率对板岩蠕变特性的影响规律,并根据所提出本构模型对试验结果进行了拟合；最后从微观方面简单分析了水对蠕变的影响规律和机理。3.基于FLAC3D对软弱板岩隧道的开挖支护及变形控制进行了数值模拟,通过模型计算,分析了蠕变对隧道开挖的影响；建立了只有锚喷基础支护、不施加锚杆、增加注浆加固以及超前支护的四种开挖支护条件的工况模型进行数值计算,从应力状况、拱顶沉降、洞周水平收敛、支护位移和受力等方面对三种模型的结果进行比对,研究讨论软弱板岩隧道支护体系的变形控制效果,以归纳软岩隧道支护和大变形控制的最佳方案。4.以正团冲软质板岩隧道为依托,对其实际监控量测数据做了整理分析,并对实际监控量测数据与拟合结果以及数值分析结果进行比对,分析监控量测回归拟合的合理性,并通过监测结果评价隧道工程施工的安全状态。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 目前国内外研究现状  11-16
    1.2.1 软弱板岩水理特性研究现状  11-12
    1.2.2 软弱板岩蠕变特性研究现状  12-14
    1.2.3 软岩隧道支护理论及数值模拟研究现状  14-16
  1.3 本文的研究思路与内容  16-18
第二章板岩水理特性试验研究  18-33
  2.1 板岩成分及微观结构研究  18-21
    2.1.1 成分、含量测试结果  19
    2.1.2 内部结构分析  19-21
  2.2 板岩吸水性试验研究  21-23
    2.2.1 试验设备  21
    2.2.2 试验方法  21-22
    2.2.3 试验结果分析  22-23
  2.3 板岩膨胀性试验研究  23-24
    2.3.1 膨胀性试验  23-24
    2.3.2 板岩膨胀机理初步分析  24
  2.4 板岩崩解试验研究  24-26
  2.5 单轴压缩条件下板岩试验研究  26-30
    2.5.1 板岩单轴压缩试验应力—应变关系曲线  27-29
    2.5.2 试验数据整理  29
    2.5.3 岩石单轴压缩变形试验结果和分析  29-30
  2.6 板岩水理性机理分析  30-32
    2.6.1 水的赋存状态  30
    2.6.2 接触角变化  30-31
    2.6.3 微观结构分析  31-32
  2.7 本章小结  32-33
第三章板岩蠕变试验研究  33-44
  3.1 蠕变试验  33-35
    3.1.1 试验目的  33
    3.1.2 试验设备  33-34
    3.1.3 试验步骤  34-35
  3.2 试验结果分析  35-36
    3.2.1 试验应力应变曲线  35
    3.2.2 蠕变基本规律  35-36
  3.3 板岩蠕变本构模型  36-39
  3.4 模型参数的确定  39-42
    3.4.1 模型参数的确定方法  39-40
    3.4.2 板岩蠕变参数确定  40-42
  3.5 水对板岩蠕变的影响分析  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章软弱板岩隧道开挖与支护数值模拟分析  44-65
  4.1 工程概况  44-45
    4.1.1 地形地貌  44
    4.1.2 地层岩性  44-45
    4.1.3 地质构造  45
    4.1.4 水文地质条件  45
  4.2 计算模型及参数  45-47
    4.2.1 计算模型  45-46
    4.2.2 计算中参数取值及工况描述  46-47
    4.2.3 模拟计算的步骤  47
  4.3 蠕变影响分析  47-54
    4.3.1 考虑蠕变和不考虑蠕变的情况的位移分析  48-51
    4.3.2 考虑蠕变和不考虑蠕变的情况的应力分析  51-52
    4.3.3 考虑蠕变和不考虑蠕变的情况的锚喷支护分析  52-54
  4.4 超前小导管不注浆影响分析  54-58
    4.4.1 超前小导管不注浆和普通锚喷支护的情况的位移分析  54-56
    4.4.2 超前小导管不注浆和普通锚喷支护的情况的应力分析  56-57
    4.4.3 超前小导管不注浆和普通锚喷支护的情况的锚喷支护分析  57-58
  4.5 四种工况数值分析  58-63
    4.5.1 四种工况的位移分析  58-61
    4.5.2 四种工况的应力分析  61-63
  4.6 本章小结  63-65
第五章正团冲隧道监控量测及其成果分析  65-73
  5.1 监控量测的一般要求  65
    5.1.1 监控量测目的  65
    5.1.2 量测项目  65
  5.2 拱顶下沉量测和周边位移量测  65-67
    5.2.1 拱顶下沉和周边位移量测概况  65-67
    5.2.2 量测信息处理的函数选择  67
  5.3 拱顶下沉分析  67-69
  5.4 周边位移收敛分析  69-72
    5.4.1 水平测线AB回归分析  69-71
    5.4.2 水平测线CD回归分析  71-72
  5.5 信息反馈  72-73
第六章结论与展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
攻读硕士期间科研工作情况  79

软质板岩隧道大变形力学行为与控制技术研究

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