大變形軟巖流變性態(tài)及其在隧道工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究.pdf

1、巖石流變與巖石工程長期穩(wěn)定與安全密切相關(guān)。巖石流變力學(xué)試驗(yàn)是了解巖石流變力學(xué)特性的重要手段。進(jìn)行室內(nèi)三軸流變試驗(yàn)研究了風(fēng)化破碎軟弱巖石的流變特性。在考慮巖石流變時(shí)效特性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用理論解析和數(shù)值模擬手段對(duì)收斂約束法進(jìn)行了較系統(tǒng)深入的研究。并利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法探討了隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 論文主要研究工作集中在以下幾個(gè)方面： (1)采用全自動(dòng)三軸流變試驗(yàn)機(jī)對(duì)廈門東通道海底隧道風(fēng)化槽／囊地段巖石進(jìn)行了三軸壓縮流變試驗(yàn)，

2、研究了巖石在不同圍壓和不同應(yīng)力水平作用下軸向應(yīng)變隨時(shí)間的變化規(guī)律。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，表明冪律型蠕變模型可以用來較好的模擬該類巖石除第三階段蠕變以外的蠕變行為。 (2)分別從圍巖特征曲線和支護(hù)特征曲線出發(fā)，對(duì)收斂約束法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究?？偨Y(jié)給出了圍巖特征曲線的確定方法，包括理論解析法、數(shù)值方法和現(xiàn)場實(shí)測法。利用數(shù)值方法，分別對(duì)廈門東通道海底隧道進(jìn)行了二維彈塑性、粘彈塑性、考慮應(yīng)變軟化的粘彈塑性和三維粘彈塑性分析，得到相應(yīng)的

3、圍巖特征曲線，并比較了它們之間的異同之處。在假設(shè)支護(hù)材料行為符合彈性一理想塑性的前提下，總結(jié)給出了噴射混凝土支護(hù)、錨桿支護(hù)、鋼拱支護(hù)和組合式支護(hù)的支護(hù)剛度方程，討論了構(gòu)成組合式支護(hù)的各單一支護(hù)的設(shè)置時(shí)間和邊界條件發(fā)生變化時(shí)，組合式支護(hù)剛度的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，給出了支護(hù)效果的評(píng)價(jià)方法。針對(duì)收斂約束法中初始位移(支護(hù)設(shè)置前的洞壁徑向位移)難以確定的問題，給出了利用LDP線確定初始位移的方法以及UDP線的計(jì)算方法。 (3)通過對(duì)烏

4、鞘嶺隧道開挖過程中洞室圍巖變形、圍巖壓力、支護(hù)應(yīng)力等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，探討了烏鞘嶺隧道圍巖“擠入型”大變形的機(jī)理、成因。將模擬烏鞘嶺隧道實(shí)際開挖過程的三維粘彈塑性數(shù)值分析結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較，論證了采用冪律型蠕變模型描述烏鞘嶺隧道圍巖流變的可行性。 (4)隧道開挖后，影響圍巖應(yīng)力、變形狀態(tài)和洞室穩(wěn)定性的因素主要就是圍巖自身物理力學(xué)性質(zhì)、開挖洞室的大小和形狀、以及支護(hù)設(shè)置時(shí)間和支護(hù)剛度。本文利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，綜合