一、锚喷支护弹塑性设计理论及其工程应用(论文文献综述)
赵阳升[1](2021)在《岩体力学发展的一些回顾与若干未解之百年问题》文中提出在讨论若干岩体力学概念的基础上,较全面地回顾与分析了全世界岩体力学发展中科学与应用2个方面的重要成就及不足,其中,在岩石力学试验机与试验方法方面,介绍了围压三轴试验机、刚性试验机、真三轴试验机、流变试验机、动力试验机、高温高压试验机、多场耦合作用试验机、CT-岩石试验机、现场原位岩体试验及试验标准等;本构规律方面介绍了岩石全程应力-应变曲线、围压三轴与真三轴力学特性、时效与尺寸效应特性、动力特性、渗流特性、多场耦合特性、结构面力学特性、岩体变形破坏的声光电磁热效应等;岩体力学理论方面介绍了岩体力学介质分类、块裂介质岩体力学、强度准则、本构规律、断裂与损伤力学、多场耦合模型与裂缝分布模型;数值计算方面介绍了数值方法与软件、位移反分析与智能分析方法。清晰地论述了工程岩体力学与灾害岩体力学分类、概念及其应用领域划分,分析、梳理了大坝工程、隧道工程、采矿工程、石油与非常规资源开发工程等重大工程的岩体力学原理,以及各个历史阶段工程技术变迁与发展的工程岩体力学的重要成就,分析、梳理了滑坡、瓦斯突出、岩爆与地震等自然与工程灾害发生及发展的岩体力学原理,以及各个历史阶段的预测防治技术的灾害岩体力学重要成就。详细分析、讨论了8个岩体力学未解之百年问题,包括岩体力学介质分类理论、缺陷层次对岩体变形破坏的控制作用和各向异性岩体力学理论与分析方法 3个岩体力学理论问题,岩体尺度效应、时间效应、岩体系统失稳破坏的灾变-混沌-逾渗统一理论、完整岩石试件与岩体系统失稳破坏的时间-位置与能量三要素预测预报5个非线性岩体力学问题。
颜丙乾[2](2021)在《三山岛金矿节理岩体变形破坏机理及滨海开采突水防治》文中研究说明随着我国经济社会的快速发展,国家基础工程建设得以广泛实施,在地铁、隧道、水利水电、矿业等重大项目建设中大量涉及岩体开挖过程中的围岩稳定性及突水涌水灾害等工程问题。三山岛金矿是滨海邻水开采的硬岩金属矿山,矿山主要导水构造裂隙为三山岛—三元F3断裂带,研究邻水水压条件下的含断层岩体变形破坏机理及导水渗流演化机制,实现矿山开采围岩失稳及突水涌水灾害超前预警及超前支护对于保障矿山安全高效开采具有重要的现实意义。本文围绕含节理、断层破碎带的矿山滨海邻水开采过程中的节理稳定性及突水涌水问题,以三山岛金矿西山矿区-915中段为工程背景,采用现场调研、力学解析、室内试验、理论推导及数值模拟等方法,深入研究了节理岩体围岩变形破坏规律及顶板突水涌水机理,探讨了断层破碎带附近提高节理岩体稳定性及顶板突水涌水防治措施,主要内容如下:(1)利用测线法对三山岛金矿西山矿区-915中段进行巷道围岩现场调查和测量分析,结果表明该区域的围岩混合花岗岩组节理发育,属于破碎、极破碎岩体,稳定性较差。经过节理产状分析得出该中段节理优势结构面产状为295°∠85°,节理粗糙度大部分为一般粗糙(GR),节理张开度集中在0.25~2.5mm。(2)根据水压作用下不同节理倾角、不同节理贯通率、不同节理类型的节理岩体试件的三轴压缩试验,得出节理数量和节理贯通率对节理岩体力学性能的弱化作用较强,而节理倾角则对节理岩体试件力学参数变化起控制性作用。通过分析不同试件试验过程中的声发射特征与试件强度变化的关系,得出当试件达到峰值应力之前出现声发射能量在较大值范围内变化,在试件达到峰值应力前出现能量突增现象。因此,可将节理岩体试件变形破坏前的声发射能量大幅度突变作为试件变形破坏的先兆信息。(3)通过分析节理岩体试件变形破坏过程中的能量转化过程与应力变化的关系,得出节理岩体试件能量演化规律及损伤破坏能量机制。通过分析节理岩体试件变形破坏过程中的能量转化过程和能量耗散过程与应力变化的关系,得出可将弹性能耗比的变化率在试件达到峰值附近的突变作为试件发生强度失效的判据。根据断裂力学理论得到了水压条件下节理尖端的应力强度因子,考虑节理岩体试件的节理损伤、载荷损伤及水压对损伤的影响,建立了节理岩体损伤本构模型,推导强度失效的应力强度因子判据。而水压促进了节理岩体试件的损伤演化过程,加速了节理岩体试件发生强度失效。(4)通过对水压作用下节理岩体变形破坏时,节理尖端的裂隙演化过程分析及节理岩体试件破坏模式图和节理间未贯通区域破坏模式分析,得出节理岩体试件强度失效机理。节理倾角对主裂隙的扩展方向有着明显的导向作用,同时是节理岩体试件变形破坏类型的主控因素。通过试件破坏过程中的水流量变化监测,可以得出不同节理倾角、不同节理类型的试件强度变化与水流量的变化关系,分析得出节理岩体试件渗透系数演化规律。由于节理倾角对试件的裂隙萌生、演化的影响较大,水压对试件的强度产生弱化作用主要是通过试件内部裂隙产生的导水通道,因此节理岩体试件的渗透系数与节理倾角有很大的关联性。通过对比分析不同节理充填物的节理岩体试件的破坏模式,可以得出注入水泥浆不仅提高了试件整体性,而且有效控制节理岩体试件由于节理倾角产生的剪切裂纹,有效控制了节理岩体试件的剪切破坏。(5)基于COMSOL公司(瑞典)研发的多物理场数值模拟(COMSOL Multiphysics)软件平台,以三山岛金矿F3断层带岩体为研究对象,建立含断层岩体的巷道掘进模型。在巷道掘进工作面向断层打钻孔进行注浆加固,分析研究断层破碎带注浆加固后的渗流及应力分布,可以很好地验证注浆加固对于提高围岩整体性,阻碍导水通道的有效性。而经过研究得出,对于断层破碎带附近的节理围岩,需要在注浆加固的基础上采用局部加强锚喷支护措施,有效防治突水涌水事故的发生。(6)以三山岛金矿西山矿区-915中段巷道节理岩体为研究对象,使用三维有限差分软件FLAC3D建立了反应现场开采及井巷布设等工程的三维巷道模型,对比分析了含节理岩体巷道开挖围岩未支护、锚网喷支护及锚杆+U型钢支护对围岩变形及应力分布的影响规律,得出不同支护方案的支护效果。提出注浆加固+局部加强锚网喷支护方法,对比分析了锚网喷支护和注浆加固+局部加强锚网喷支护方案的支护效果,深入分析了不同节理倾角对巷道围岩稳定性及巷道支护效果的影响,得出注浆加固+局部加强锚网喷支护对于提高支护效果作用明显,巷道围岩最大水平位移及最大垂直位移分别降低了 49.64%和59.75%。因此,对于破碎程度较高的节理岩体巷道围岩,建议采用“注浆加固+局部加强锚网喷支护”方案,不仅提高工作效率而且可以有效保障矿山安全高效开采。
吴奎[3](2021)在《挤压变形隧道中让压支护的力学机理研究》文中研究表明当前,国内外在高地应力软弱岩层中修建隧道的案例愈来愈多。对深埋软岩隧道而言,其主要特点有两个:一是高地应力条件下围岩极易产生时效变形;二是在围岩大变形作用下支护结构容易失效。目前的隧道支护设计多是以弹塑性理论为基础进行的短期分析设计,已远远不能满足相关隧道的支护设计要求。深埋高地应力软岩隧道中,由围岩流变引起的变形往往为隧道的主要变形,运用流变力学理论对隧道进行长期支护设计具有重要意义。在面对围岩强流变变形时,采用基于“围岩能量吸收、变形释放”的让压支护替代传统的刚性支护已逐渐成为解决深埋高地应力软岩隧道挤压大变形问题的共识。本文以挤压变形隧道开挖与支护的长期设计为研究背景,针对隧道流变围岩与支护相互作用理论研究的不足以及关于让压支护力学机理与设计方法研究仍较少的问题,采用理论分析、数值计算和工程应用等手段进行了一系列研究,主要完成了以下研究内容:(1)针对传统流变模型不能够描述岩石非线性加速蠕变的缺陷,基于分数阶理论和损伤力学理论,建立了一种新的非线性Burgers流变模型。以岩石所累积的蠕变应变是否达到开启加速蠕变的阈值为判断标准,改进的流变模型的使用可分为两个阶段。该模型不仅能完整、准确地描述岩石的蠕变全过程,且由于引入的参数较少,也兼顾了工程的实用性。在此模型的基础上,推导了隧道时变位移预测的表达式,并应用于锦屏二级水电站辅助隧洞中。(2)针对锚杆-衬砌耦合作用下围岩流变变形的控制问题,利用虎克弹簧单元模拟锚杆变形行为,并通过与岩石流变模型的并联,建立了可宏观描述加锚岩体流变特性的元件模型。进一步,分别推导了仅衬砌支护和锚杆-衬砌耦合支护下隧道位移和衬砌压力的时效解答。基于锚杆-衬砌耦合支护下的理论解答,进行了锚杆参数对隧道变形影响的分析研究。对比无锚杆支护隧道,锚杆的使用对隧道变形具有良好的约束作用,但锚杆的参数也存在相应的阈值,若超过该值,尽管增加锚杆参数,隧道变形及衬砌压力的减小将不再明显。(3)针对施工中断对隧道变形产生的影响,建立了考虑多次施工中断的应力释放系数表达式,并推导了考虑掌子面停止推进时隧道施工全过程的时空变形解析解。进一步,将理论解答应用于荣家湾隧道中,计算结果能够较好地符合荣家湾隧道实际监测数据的变化规律。最后,分析了不同施工中断开始和持续的时间、中断前后的开挖速率以及支护的安装时间对隧道稳定性的影响。(4)针对让压层作用下隧道响应的问题,建立了“流变围岩-初期支护-让压层-二衬”力学模型,并推导了各支护阶段围岩和支护相互作用的黏弹性解析解。随着让压层厚度的增加,围岩位移增大,衬砌压力减小,但其厚度达到一定值后,衬砌受力状态的改善效果增加不再显着。此外,让压层填充材料应具有足够的变形能力才能达到预期的支护效果。(5)让压元件的变形可被分为两部分:弹性变形和塑性变形。由喷射混凝衬砌和让压元件组成的环向让压衬砌的变形则可被分为三阶段:弹性阶段1(喷射混凝土衬砌和让压元件的共同弹性变形)、让压阶段2(让压元件的塑性变形)和弹性阶段3(喷射混凝土衬砌的弹性变形),分别提出了各变形阶段衬砌刚度的计算表达式。在环向让压衬砌刚度计算公式的基础上,考虑了喷射混凝土硬化特性对环向让压衬砌早期安全性能的影响。并针对围岩与环向让压衬砌相互作用机理,得到了围岩与环向让压衬砌间相互作用的全过程演化关系。
刘光程[4](2020)在《垂向动压影响下巷道围岩变形机理及控制技术研究》文中研究指明动压影响下临近巷道特别是垂向近距离动压影响下巷道围岩稳定控制的难度显得愈发突出。垂向近距离大动压影响下,深部巷道围岩常表现出软弱流变特性,加剧了围岩变形、断面收缩、支护结构失效等现象的发展。反复强烈的采动应力引起近距离巷道围岩塑性区范围内应力集中,岩体应力场将发生甚至多次发生应力重新分布,致使围岩变形破坏机理更为复杂。本文以对垂向近距离动压影响下底板巷道变形有效控制、最大限度降低维护成本、保障动压巷道安全使用等为研究出发点,以顾北煤矿上覆垂距68m工作面回采动压影响下-575m底板轨道大巷为工程背景,在充分现场探测调研的基础上,深入研究垂向近距离大动压影响下围岩的变形机理,采用现场测试、实验室检测、理论分析、数值计算、模型实验和工业现场试验等方法,对垂向动压影响巷道变形力学支护机理进行深入研究,揭示了垂向近距离大动压巷道变形破坏的局部弱支护影响,提出局部加强支护思想。研究的主要内容和成果如下:(1)收集工作面回采动压影响下-575m底板轨道大巷围岩所处工程背景,通过对测站对巷道围岩应力及变形规律进行监测分析,同时开展地应力测试,采用地质雷达和钻孔窥视技术对动压岩体的损伤演化进行探测分析;依据测试判定巷道所处地应力水平、巷道围岩松动圈及采动影响范围。(2)通过现场取样对动压巷道岩样的静态力学参数和冲击力学性能进行了室内试验,同时对岩样的微观结构、内在成分进行了测试;根据测试结果判定岩石成分、内部构造情况及围岩受力后破碎损伤参数。(3)将取样砂岩进行水干湿循环处理,进行一系列单轴抗压试验和多级加载蠕变试验,研究其单轴力学强度变化规律。开展单轴蠕变试验,研究轴向蠕变应变及瞬时蠕变速率规律,对破坏阶段试件的蠕变参数和破坏形态进行探讨,借助SEM对不同干湿循环次数下的红砂岩微观结构演变进行了观察和分析,探寻动压影响砂岩在干湿条件的强度损伤演化规律。(4)基于垂向近距离动压巷道力学模型,给出基本方程和采场底板应力解析表达式,并结合工程现场,研究垂向近距离大动压影响下巷道变形的内在机理,分析了垂向动压影响下围岩软弱流变、围岩塑性区发展变化、支护欠缺、动压力学环境等对巷道变形的影响。(5)基于动压巷道均匀支护力学效应,结合三维应力分析,提出动压巷道弱支护效应下底板弱支护区域弹塑性半径变大,是底臌及围岩变形的诱因。巷道局部加强支护力学效应分析发现,对巷道弱支护部位进行局部加强支护,强支护抗力及作用范围越大,巷道底板和两帮处的切向应力减小就越明显,有助于保证巷道的稳定,但也要考虑经济可行性。(6)构建空间网架计算理论模型,简化为铰支短柱薄壳体结构,推导出理论壳体的应力解析解表达式。(7)基于正交试验设计,应用弧长法计算16组空间网架模型,并通过极差分析、灰色关联度分析,得出钢筋网架的最优模型设计参数。(8)开展空间网架模型试验研究,得出承载力极限荷载为1388KN,破坏形式为剪压破坏。试验发现,模型结构径向位移较小,极限荷载下空间网架的主次弧筋均进入屈服状态,混凝土达到极限强度,表明了网架结构受力良好并能将荷载分解到空间布置的短钢筋单元,材料强度得到充分发挥。(9)数值模拟计算表明,空间网架锚喷支护垂向近距离动压影响巷道,围岩收敛变形和应力都较小,网架结构受力均匀且处于安全状态,能够消减动压巷道围岩应力集中,改善围岩应力分布,减小围岩变形。(10)在总结模型试验、数值计算、理论分析结论的基础上,对垂向近距离动压巷道空间网架锚喷支护结构进行优化,开展工业性试验,表明该结构具有主动支护的优点,为围岩提供较大支护阻力并具有较好的径向可缩性,符合软岩动压巷道支护的基本要求。跟踪监测表明,空间网架锚喷结构与围岩相互作用协调工作,充分发挥了材料的力学性能,深部垂向近距离动压巷道围岩变形量较小、钢筋受力均匀处于安全状态,工业性试验段效果良好。本文深入分析了深部垂向近距离大动压影响下巷道围岩变形力学演化机理,基于动压巷道弱支护力学效应分析,提出针对弱支护部位进行局部加强支护的思想。通过优化空间网架参数,开展模型试验和数值模拟研究,设计出适用于深部垂向动压巷道的空间网架锚喷支护结构。该研究成果具有一定的学术意义,而且对于类似工程还具有一定的借鉴意义。图[128]表[34]参[158]
祝俊[5](2020)在《软弱围岩隧道变形预测与初期支护技术研究》文中研究指明隧道设计与施工中遇到软弱围岩问题越来越普遍,由于软弱围岩自稳能力差,容易出现变形过大和变形时间长等问题,对隧道施工安全和围岩长期稳定有重要影响。目前,对软弱围岩隧道变形预测研究依然不够清晰,初期支护设计过于依赖工程经验,存在安全性不足或过于保守的极端现象。因此本文以“平田隧道软弱围岩大变形及衬砌开裂防治技术研究”课题项目为依托,采用理论分析、数值模拟、现场监测以及现场试验等方法,系统研究软弱围岩变形预测与初期支护承载能力及其工程应用等问题。主要工作和成果如下:(1)基于BQ分级法,提出以地质雷达和掌子面编录预测法为动态修正手段,对软弱围岩等级进行动态分级修正的方案,并应用于平田隧道施工中,指导隧道设计与施工。(2)根据小孔扩张理论,建立隧道开挖卸荷与支护的变形计算模型,分析在不同支护阻力下围岩的变形发展状况,考虑岩体剪胀特性下体积变化的影响,采用线性非关联流动法则描述岩体剪胀特性,推导了两种不同强度准则下围岩应力和位移解析式,对围岩变形进行预测分析。(3)通过分析软弱围岩隧道的“锚喷+钢拱架”联合支护作用机理,利用锚杆、喷层、钢拱架与围岩相互作用形成的联合支护复合拱计算模型,确定各支护构件分担围岩荷载的比例,分析了在围岩变形下复合拱承载能力与各支护参数的影响关系。(4)结合隧道变形预测计算模型和初期支护承载力计算模型,以隧道允许相对位移为变形控制目标,建立初期支护参数设计与优化模型,指导与优化软弱围岩隧道“锚喷+钢拱架”支护参数设计;并将上述理论应用与工程实践,结合数值模拟进行对比分析与验证。
王炜[6](2020)在《武当山群片岩工程特性及其对隧道稳定性的影响 ——以十巫高速公路隧道为例》文中提出鄂西北地区地处我国中部山区内陆地带,境内崇山峻岭,山川河谷交错,地形地貌与地质条件复杂,存在众多近东西向大型地质构造,主体岩性为浅变质岩。受多期地质构造作用影响,片状岩体具有强度低、松散破碎、完整性差、非均匀性以及各向异性显着等特性,使得公路隧道在开挖过程中,围岩结构易破坏,给隧道工程建设带来了较大困难。因此,开展变质片岩的工程特性研究对片岩区隧道工程的建设具有重要的研究与指导意义。本文以十堰至巫溪高速公路鲍峡至溢水段14座隧道为工程背景,通过地质调查、现场试验、室内试验、理论分析、数值模拟等研究手段,研究武当山群片岩的微观、物理、水理和力学性质,建立片岩的损伤统计本构模型,并结合工程实际分析其工程特性对隧道稳定性的影响,论文的主要研究内容和成果如下:(1)对研究区14座隧道的工程背景、工程概况及地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等工程地质特征进行精细现场调研,对现场资料进行了搜集整理,对已有勘察报告实施了分析,为研究武当山群片岩工程特性及其对隧道稳定性影响提供工程与地质基础。重点研究区域地应力特征,表明该区地应力场以水平应力为主导,初始地应力量级为极高地应力水平。(2)通过偏光显微镜试验研究武当山群片岩的矿物成分、微观结构,分析垂直和平行片理面方向上,矿物颗粒的形状和排列特征差异。通过X-射线衍射(XRD)试验,对比分析各类片岩的矿物成分以及含量。通过扫描电子显微镜(SEM)分析垂直和平行片理面方向云母片岩的表面形貌微观特征,采用PCAS软件对SEM图像进行定量分析,确定平行片理面方向上裂隙面积比例为1.24%,垂直片理面方向上裂隙面积比例为21.37%。(3)通过开展波速试验研究武当山群片岩的波速各向异性特征,开展片岩的密度试验、吸水性试验、软化性试验和耐崩解性试验,获取了不同片岩的密度、吸水率、软化系数和耐崩解性指数等基本物理水理参数指标。(4)通过单、三轴压缩试验,研究水和围压影响下的不同片理面倾角片岩的强度、变形参数和各向异性特性。片岩的单轴、三轴抗压强度和弹性模量随加载方向与片理面夹角β的增大先减小后增大,最小值出现在β=30°,具有明显的各向异性特征。饱水之后,片岩的抗压强度和弹性模量均不同程度的降低,其中β=30°时下降程度最大。相同片理面倾角和含水状态下,钠长片岩的单轴抗压强度和弹性模量均大于云母片岩。(5)采用室内直接剪切试验,研究片理面的力学性质及其影响下岩石抗剪强度和剪切破坏模式的各向异性特征,获取不同片理面倾角片岩的抗剪强度以及内摩擦角、黏聚力。片岩的峰值抗剪强度、残余抗剪强度、黏聚力、内摩擦角和破坏模式表现出了明显的各向异性特征,其中β=90°时的抗剪强度和抗剪强度参数最小,表明片岩的片理面为岩石中的薄弱面。饱和之后,片岩的抗剪强度和抗剪强度参数均呈现不同程度的减小。同一含水状态、法向应力和片理面角度时,钠长片岩的峰值抗剪强度、内摩擦角和黏聚力均大于云母片岩。(6)片岩作为横观各向同性体,推导出三轴应力状态下横观各向同性岩石在弹性阶段的本构方程和不同倾角的弹性参数。基于Weibull概率密度函数和应变等价思想,建立了横观各向同性岩石的损伤统计本构模型,根据三轴压缩试验结果对建立的本构方程进行验证,确定了模型的合理性。(7)采用数值模拟方法研究围岩的各向异性特征、地应力和水的软化作用,对隧道围岩变形破坏的影响。研究弱化锚杆、增强初期支护的强度与厚度的支护型式对围岩变形、塑性区和锚杆受力的影响,并根据数值模拟结果,进一步优化支护结构。基于正交试验方法,确定各支护结构对围岩变形的影响程度。(8)通过现场监控量测,分析围岩拱顶沉降和水平收敛随时间的变化规律。基于最小二乘支持向量机建立隧道围岩变形时序预测模型,分别采用粒子群算法和遗传算法优化支持向量机参数,并对围岩的拱顶沉降和水平收敛进行预测分析,确定最佳预测模型。
徐鹏,叶洲元[7](2019)在《我国锚喷支护研究现状及发展》文中指出文章概括了我国锚喷支护的发展,综述了目前国内学者锚喷支护的研究成果,并注重从锚喷支护的支护理论、力学机理研究、数值模拟研究、试验测试研究进行探讨,指出目前研究上的不足和今后要深入研究的方向,以促进锚喷支护在工程实践中的应用。
赵敏[8](2019)在《鞍子山隧道围岩移动和变形与支护数值模拟研究》文中研究表明随着我国交通事业的飞速发展,公路交通建设取得了很大的成就,而隧道是公路交通建设中的难点和重点。在进行隧道工程施工的过程中,安全是永恒的话题,而施工方法和支护方式则是保证施工顺利进行的重中之重。因此深入研究不同施工方法对于隧道围岩稳定性的影响,以及不同的支护方式对于支护效果的研究均有很重要的实际意义。本文以庄河市河周路一期鞍子山隧道的设计与施工为实际工程背景,结合目前国内对于隧道施工开挖围岩的研究现状以及特点,使用大型有限差分软件FLAC3D,对鞍子山隧道的施工进行了数值模拟。研究了不同施工方法下隧道围岩应力应变以及位移分布规律;同一种施工方法不同支护参数下支护结构受力和变形以及隧道拱顶沉降的规律;将得到的支护参数与松动圈支护理论计算得到的参数进行对比,验证数值模拟的合理性。主要研究内容如下:(1)分别对不同施工方法下隧道围岩应力、应变以及位移变化规律进行分析,从而得到每种施工方法下隧道围岩各自的变形破坏规律;然后对不同施工方法下隧道围岩变形破坏规律进行综合对比分析,得到适用于本工程的实际施工方法。(2)研究不同的支护参数即不同锚杆长度与不同锚杆间距下锚杆的轴力、竖向和水平位移以及隧道拱顶沉降的变化规律,总结归纳得到合适的锚杆长度和间距,以及锚杆支护参数对于隧道和锚杆自身的影响规律。(3)将得到的支护参数与松动圈理论计算结果对比,验证数值模拟合理性。该论文有图77幅,表12个,参考文献64篇。
孟宗衡[9](2018)在《融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制》文中研究表明多年冻土隧道开挖后冻土围岩暴露于空气中,冻土围岩与空气间的温差迫使他们之间产生热交换,由此导致多年冻土隧道周边围岩融化形成融化圈。除以上环境作用之外,工程爆破、喷射混凝土等系列作业产生的热扰动也将进一步抬升洞室内空气温度,加剧冻土围岩融化。由于多年冻土围岩的组成部分有冰的存在,加上冰极易受温度影响,冻土围岩温度达到固相和液相的临界温度—零度时开始融化,而且,多年冻土围岩在融化后物理、力学性质发生急剧变化,威胁隧道结构的稳定性。论文围绕多年冻土隧道在融化作用下围岩变形破坏问题,从大量查阅文献和相关资料入手,通过文献调研,总结国内外多年冻土隧道工程围岩变形破坏案例,研究融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏类型及影响因素。以围岩变形破坏类型及影响因素为依据,分析建立融化作用下多年冻土隧道围岩弹塑性分析模型,采用收敛-约束法理论,分析融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏的影响因素。结合数值模拟和实际工程对理论分析进行了补充和验证,以期充分掌握融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏机制,为多年冻土隧道设计及施工提供理论指导。主要研究成果如下:(1)根据工程案例由统计分析得出了融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏方式主要有局部掉块、坍塌和初支变形,在此基础上确立了影响围岩变形破坏的主要因素:围岩条件、融化圈深度、支护结构。(2)根据冻土围岩变形破坏方式及影响因素,结合青藏铁路风火山隧道实际工程,建立了融化作用下多年冻土隧道弹塑性分析模型,并对其求解,结合收敛-约束理论,分析了围岩条件、融化圈深度、支护结构对隧道周边围岩变形的影响。同样融化圈深度和支护条件下,隧道周边围岩位移随围岩条件变差而增大;同样围岩位移和融化深度下,支护结构的强度越高、施作时间越早,隧道周边围岩位移越小;同样围岩条件和支护条件下,隧道周边围岩位移随融化圈深度增加而增大。(3)以风火山隧道为模拟对象,采用FLAC3D模拟了围岩条件、融化圈深度、支护结构对多年冻土隧道周边围岩变形的影响,得到了其与围岩位移的相应关系,验证了理论分析推导结果。(4)结合风火山隧道工程围岩参数及设计情况,通过理论分析进行解析解求解,通过FLAC3D,结合其工程实际监测数据对理论分析结果和数值模拟结果进行对比,验证了所建立的分析模型及理论推导假设的合理性,此理论方法可以为实际工程多年冻土隧道施工和设计提供理论参考。
余庆锋[10](2016)在《绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形特征及支护技术研究》文中研究指明鄂西北地区为国内典型的变质岩发育区,以武当群片岩为主,约有60%是由各类片岩构成,区域地质构造较为复杂,片理面极其发育,片岩的基本特性和矿物成分决定了其在遇水后容易软化、泥化。随着湖北省规划的“752”骨架公路网建设不断推进,在鄂西北地区不可避免的出现大量绢云母软质片岩隧道,随之而来的工程问题也愈发突出。本文以在建的湖北省谷竹高速公路控制性工程——土公岭隧道为工程研究对象,开展绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形特征及稳定性控制技术研究。谷城至竹溪高速公路土公岭隧道位于湖北省十堰市(鄂西北),隧道地层主要为强、弱风化绢云母片岩,区域断层、褶皱构造发育,受多期构造作用影响剥蚀现象严重,区域性竹山断裂(F1)距隧道起点段很近,岩层节理裂隙极发育,岩体极破碎,围岩自稳性极差,在施工过程中多次出现围岩变形过大、初支及二衬裂缝、围岩体沿片理面滑落、坍塌等问题,其中以围岩大变形问题最为突出,不仅严重延缓了隧道的正常施工进度,同时也为施工人员的安全带来严峻挑战。因此,怎样科学揭示绢云母软质片岩隧道施工期围岩力学特性及变形规律,并提出合理有效控制措施,具有重要的理论价值和实际指导意义。本文以“绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形特征及支护技术”为研究主题,以“湖北省谷竹高速公路控制性工程——土公岭隧道”为工程研究对象,通过“现场精细调查、室内微宏观物理力学性质试验、蠕变本构理论、数值仿真计算、现场监控量测”相结合的方法,对“绢云母软质片岩隧道施工期的变形机理、变形特征、力学特性、围岩支护技术”等内容展开研究,论文完成的主要工作包括以下几个方面:(1)详细调查了研究区的工程地质环境,对与隧道工程密切相关的地质条件展开了分析。隧道围岩大变形的发生,与隧道所赋存的地质环境、隧道几何形式、隧道开挖工法等因素密切相关,其中,地质环境具体来说,包括地形地貌、地层岩性、地质构造、围岩体结构、地应力大小、水文条件等,因此,要对隧道围岩变形问题进行研究,首先需对其赋存的地质环境进行调查分析。依托谷城至竹溪高速公路土公岭隧道工程实际,对隧道赋存的气象、地形地貌、地层岩性、地质构造、水文条件开展了现场调查,就上述地质水文条件与隧道围岩稳定性的相关性进行了工程地质评价。实施了水压致裂法现场地应力测试,从应力量值、侧压系数、应力方位、地应力量值与深度的关系四个方面对土公岭隧道地应力场的特征进行分析,基于地应力角度对隧道围岩稳定性进行了评价。采用交互式分析地质定位数据DIPS软件,对隧址区87组节理裂隙走向和倾向数据进行分析,得到了优势结构面、片理面的岩体结构特征。(2)土公岭隧道区围岩为典型的绢云母软质片岩,具有片理面多角度发育、岩体强度低、胶结程度差、变质程度不均等特点,加上隧道区地下水局部较为发育,岩体遇水易软化、膨胀、崩解,因此,隧道区绢云母片岩的物理力学性质和片理面多角度特征与隧道围岩发生大变形破坏有着密不可分的关系。通过微观结构试验(岩石切片显微镜试验、环境扫描电子显微镜试验)、物理性质试验(密度、空隙性、X衍射矿物分析、波速试验)、水理试验(吸水率试验)、力学试验(干燥单轴、三轴;不同含水率单轴、三轴;蠕变力学试验)、岩体破裂过程声发射试验,获取隧道区绢云母软质片岩的微观结构特征、基本物理力学指标及其不同片理角度条件下的力学行为、加载过程中的动态破裂过程特征及规律,为分析隧道围岩变形规律提供了依据,为绢云母软质片岩粘弹塑性蠕变本构关系的研究及数值模拟计算提供了基本参数。(3)土公岭隧道的绢云母片岩在所赋存的地下水和地应力耦合作用下具有显着流变性,主要体现在隧道开挖后围岩变形持续时间长、变形量值大。在三轴蠕变力学试验的基础上,开展了绢云母软质片岩粘弹塑性的线性、非线性蠕变本构模型及模型参数的研究,建立了基于改进Burgers蠕变模型的绢云母软质片岩线性粘弹塑性本构模型、基于“半理论半经验法”能够描述包括初始蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段全过程的绢云母软质片岩非线性粘弹塑性蠕变本构模型。采用Origin函数拟合软件并基于最小二乘法,对绢云母片岩的应变-时间蠕变试验曲线进行线性、非线性拟合,获得了绢云母软质片岩的粘弹塑性蠕变本构模型参数,对本构模型参数的变化规律进行了初探,就含水率对本构模型参数的影响规律进行了分析,为土公岭隧道围岩的长期稳定性分析提供了现实及理论依据。(4)采用ANSYS 10.0大型通用有限元程序建立土公岭隧道仿真计算模型,计算参数采用试验所得的隧道围岩物理力学参数,将蠕变试验及蠕变理论计算得到的绢云母软质片岩粘弹塑性蠕变本构模型参数,转化为剪切模量的Prony级数形式后引入ANSYS计算程序中,实现土公岭隧道绢云母软质片岩粘弹塑性蠕变数值计算。通过数值计算,研究了土公岭隧道施工期围岩的力学效应、变形特征和围岩变形随时间变化规律,为绢云母软质片岩隧道围岩变形规律理论分析及隧道施工方案、支护设计优化提供了依据。(5)从土公岭隧道围岩变形影响因素、变形宏观特征、变形发生机理、现场监控量测四个方面,研究了绢云母软质片岩隧道围岩变形的发生规律和内外机理。通过对土公岭隧道围岩大变形的工程实况进行调查分析,获取了隧道围岩大变形宏观表现特征。从已掌握的隧道赋存地质条件、隧道围岩大变形宏观表现特征,并结合各类试验、理论计算、数值分析所得结果,将土公岭隧道围岩变形的影响因素总结为岩性因素、围岩结构特征因素、地质构造因素、地应力因素、地下水因素五个方面。对土公岭隧道裂缝的位置、数量、长度、倾角、宽度、深度进行了调查,在调查的基础上,采用能直观模拟片理面的岩土工程有限元程序PLAXIS,从片理面强度指标、片理面密集程度两个方面研究其对围岩应力、衬砌内力的影响规律,进而揭示土公岭隧道绢云母软质片岩的变形机理。最后,选取两个具有典型代表意义的断面开展监控量测研究,监测项目包括拱顶沉降、周边收敛、围岩与初期支护压力、锚杆轴力、初期支护钢架应变、二衬混凝土应变,基于现场监控量测的角度,分析揭示隧道围岩变形的宏观特征和变形机理。(6)提出了绢云母软质片岩隧道施工期围岩大变形及初支侵限支护技术。介绍了绢云母软质片岩隧道围岩变形控制的基本理念和基本原则,在充分研究土公岭隧道围岩变形规律的基础上,提出针对性的隧道施工期围岩变形支护分析流程。从施工工法和支护参数两方面对绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形支护技术进行了分析,选取土公岭隧道施工期典型围岩大变形及初期支护侵限事件,提出了详细处治措施及参数,处治技术包括“封闭掌子面及临时支撑加固、小导管注浆加固、凿除初支喷射混凝土、换拱施工、监控量测”五个环节,处治结果显示,在揭示了土公岭隧道围岩变形特征后所提出针对性的处治措施,有效控制了围岩变形,确保了隧道顺利掘进。本文的创新成果主要有:(1)通过微观结构试验(岩石切片显微镜试验、环境扫描电子显微镜试验)、物理性质试验(密度、空隙性、X衍射矿物分析、波速试验)、水理试验(吸水率试验)、力学试验(干燥单轴、三轴;不同含水率单轴、三轴;蠕变力学试验)、岩体破裂过程声发射试验,获取了隧道区绢云母软质片岩的微观结构特征、基本物理力学指标及其不同片理角度条件下的力学行为、加载过程中的动态破裂过程特征及规律,建立了绢云母软质片岩单、三轴力学参数与加载夹角和含水率之间的关系式。(2)在三轴蠕变力学试验的基础上,开展了绢云母软质片岩粘弹塑性的线性、非线性蠕变本构模型及模型参数的研究,建立了基于改进Burgers蠕变模型的绢云母软质片岩线性粘弹塑性本构模型、基于“半理论半经验法”能够描述包括初始蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段全过程的绢云母软质片岩非线性粘弹塑性蠕变本构模型。对绢云母软质片岩的应变-时间蠕变试验曲线进行线性、非线性拟合,获得了绢云母软质片岩的粘弹塑性蠕变本构模型参数,对本构模型参数的变化规律进行了初探,就含水率对本构模型参数的影响规律进行了分析,为土公岭隧道围岩的长期稳定性分析提供了现实及理论依据。(3)基于数值程序建立了土公岭隧道仿真计算模型,将蠕变试验及蠕变理论计算得到的绢云母片岩粘弹塑性蠕变本构模型参数,转化为剪切模量的Prony级数形式后引入计算程序中,实现了土公岭隧道绢云母软质片岩粘弹塑性蠕变数值计算。揭示了土公岭隧道施工期围岩的力学效应、变形特征和围岩变形随时间变化规律,为绢云母软质片岩隧道围岩变形规律理论分析及隧道施工方案、支护设计优化提供了依据。(4)对土公岭隧道裂缝的位置、数量、长度、倾角、宽度、深度进行了调查,采用能直观模拟片理面的岩土工程有限元程序PLAXIS,从片理面强度指标、片理面密集程度两个方面研究其对围岩应力、衬砌内力的影响规律,揭示了土公岭隧道绢云母软质片岩变形发生规律及破坏机理。基于现场监控量测,对隧道围岩拱顶沉降、周边收敛、围岩与初期支护压力、锚杆轴力、初期支护钢架应变、二衬混凝土应变等数据进行了分析,揭示了隧道围岩变形的宏观特征和变形机理。(5)在充分研究土公岭隧道围岩变形规律的基础上,针对性提出了绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形支护分析流程。从施工工法和支护参数两方面对隧道施工期围岩变形支护技术进行了分析,选取土公岭隧道施工期典型围岩大变形及初期支护侵限事件,提出了“封闭掌子面及临时支撑加固、小导管注浆加固、凿除初支喷射混凝土、换拱施工、监控量测”五项处治措施及参数。
二、锚喷支护弹塑性设计理论及其工程应用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、锚喷支护弹塑性设计理论及其工程应用(论文提纲范文)
(2)三山岛金矿节理岩体变形破坏机理及滨海开采突水防治(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 前言 |
2 绪论 |
2.1 研究背景和意义 |
2.2 文献综述 |
2.2.1 节理岩体变形规律及破坏机理 |
2.2.2 节理岩体多场耦合数值模拟方法 |
2.2.3 节理岩体工程稳定性及突水涌水防治 |
2.3 研究内容及技术路线 |
2.3.1 论文主要研究内容 |
2.3.2 技术路线 |
3 三山岛金矿顶板稳定性特征及矿山水文地质条件 |
3.1 三山岛金矿工程简介 |
3.1.1 三山岛金矿地质条件 |
3.1.2 现场围岩失稳破坏典型特征 |
3.2 三山岛金矿西山矿区-915中段工程地质概况及现场工程布置 |
3.2.1 西山矿区-915中段现场工程布置 |
3.2.2 西山矿区-915中段工程地质概况 |
3.3 三山岛金矿西山矿区-915中段节理产状 |
3.3.1 节理裂隙调查内容 |
3.3.2 围岩节理裂隙调查统计分析 |
3.4 围岩及隔水层稳定性分析 |
3.5 本章小结 |
4 节理岩体变形破坏机理物理模拟试验研究 |
4.1 预制节理岩体试件制备 |
4.1.1 试件制备 |
4.1.2 单节理非贯通试件贯通率计算 |
4.1.3 含贯通节理岩体的粘结 |
4.2 试验方案与试验设备 |
4.2.1 试验方案 |
4.2.2 试验设备 |
4.3 节理岩体试件试验过程 |
4.4 不同围压的完整岩体试件应力特征 |
4.5 节理岩体试件各向异性力学特性 |
4.5.1 应力-应变曲线特征分析 |
4.5.2 变形参数统计分析 |
4.5.3 强度参数统计分析 |
4.5.4 强度特征分析 |
4.6 不同岩体试件声发射特性 |
4.7 本章小结 |
5 节理岩体试件能量演化规律及损伤模型构建 |
5.1 节理岩体试件能量演化规律研究 |
5.1.1 岩石破坏过程能量计算原理 |
5.1.2 能量演化规律分析 |
5.1.3 节理岩体试件损伤破坏能量机制 |
5.2 节理岩体试件损伤本构模型推导 |
5.2.1 节理尖端应力场分析 |
5.2.2 节理岩体试件损伤模型建立 |
5.2.3 损伤变量的张量化 |
5.2.4 渗压作用下应力强度因子计算 |
5.2.5 渗压作用下节理岩体试件损伤模型 |
5.3 算例分析 |
5.4 本章小结 |
6 水压作用下节理岩体变形破坏机理及节理尖端裂纹控制 |
6.1 不同岩体试件的水流量变化及水压劣化作用 |
6.2 节理岩体试件变形破坏模式分析 |
6.2.1 节理岩体试件的节理扩展理论 |
6.2.2 节理尖端及裂隙扩展模式 |
6.2.3 节理间未贯通区域破坏模式 |
6.2.4 节理岩体试件的破坏模式 |
6.3 节理充填物对节理岩体试件力学性能的强化作用 |
6.3.1 含预制节理岩体试件不同充填物充填 |
6.3.2 节理岩体试件节理填充物对试件强度参数的影响 |
6.3.3 节理充填物对节理岩体试件破坏模式的影响 |
6.4 本章小结 |
7 含断层围岩稳定性及突水防治优化措施 |
7.1 三山岛金矿含断层岩体开采水文地质条件 |
7.2 突水涌水点泄水、堵水措施 |
7.2.1 矿区主要导水通道F_3断裂带 |
7.2.2 预注浆堵水及加固设计 |
7.3 COMSOL多物理场软件数值模拟建模 |
7.3.1 COMSOL多物理场软件平台简介 |
7.3.2 含断层岩体数值模拟建模参数 |
7.4 断层破碎带注浆加固研究 |
7.4.1 断层带注浆加固模型的建立 |
7.4.2 注浆加固模拟分析结果及工程应用 |
7.5 巷道围岩局部加强锚喷支护措施 |
7.5.1 断层带附近节理岩体局部加强锚喷支护方法 |
7.5.2 局部加强锚喷支护巷道围岩稳定性及突水防治效果 |
7.6 本章小结 |
8 三山岛金矿深部破碎围岩巷道支护效果研究 |
8.1 数值模拟模型建立 |
8.2 支护方案数值模拟分析 |
8.3 不同支护方案的支护效果分析 |
8.3.1 巷道围岩应力分析 |
8.3.2 巷道围岩位移分析 |
8.4 巷道围岩局部加强支护措施 |
8.4.1 节理倾角对围岩稳定性影响分析 |
8.4.2 现有支护方法对巷道围岩稳定性的作用效果 |
8.4.3 基于不同角度节理分布特征的局部加强支护措施 |
8.5 西山矿区-915中段巷道围岩综合支护措施 |
8.6 本章小结 |
9 结论与展望 |
9.1 主要结论 |
9.2 创新点 |
9.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(3)挤压变形隧道中让压支护的力学机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABATRACT |
1 绪论 |
1.1 研究的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道围岩挤压性变形机理研究现状 |
1.2.2 传统刚性支护研究现状 |
1.2.3 让压支护研究现状 |
1.2.4 隧道开挖力学理论研究现状 |
1.3 以往研究存在的问题与不足 |
1.4 主要研究内容与创新点 |
1.5 研究路线与方法 |
2 岩石非线性本构模型研究及其在隧道预测中的应用 |
2.1 引言 |
2.2 基于Burgers模型的一维岩石非线性蠕变模型的建立 |
2.2.1 分数阶非定常Abel黏壶 |
2.2.2 基于损伤变量的非线性黏壶 |
2.2.3 非线性损伤蠕变模型一维本构方程 |
2.3 非线性三维蠕变本构关系及参数识别 |
2.3.1 三维蠕变方程 |
2.3.2 参数识别 |
2.4 模型验证 |
2.5 在隧道位移预测中的应用 |
2.5.1 预测模型的建立 |
2.5.2 工程应用 |
2.6 本章小结 |
3 锚杆-衬砌耦合作用的流变分析 |
3.1 引言 |
3.2 围岩-锚杆耦合本构模型 |
3.3 锚杆-衬砌耦合作用下黏弹性理论分析 |
3.3.1 仅衬砌作用下隧道力学响应 |
3.3.2 锚杆-衬砌耦合作用下隧道力学响应 |
3.4 理论验证与参数分析 |
3.4.1 理论验证 |
3.4.2 参数分析 |
3.5 本章小结 |
4 考虑施工中断影响的隧道变形时空解 |
4.1 引言 |
4.2 围岩应力释放系数 |
4.2.1 基本理论 |
4.2.2 考虑多次施工中断的应力释放系数建立 |
4.3 理论求解 |
4.3.1 未安装衬砌前隧道位移解答 |
4.3.2 衬砌安装后不同开挖阶段隧道位移与衬砌压力解答 |
4.3.3 施工中断期间隧道位移与衬砌压力解答 |
4.4 工程应用 |
4.5 参数分析 |
4.5.1 施工中断开始时间的影响 |
4.5.2 施工中断持续时间的影响 |
4.5.3 开挖速率的影响 |
4.5.4 支护时间的影响 |
4.6 本章小结 |
5 让压层作用的力学机理 |
5.1 引言 |
5.2 理论求解 |
5.2.1 围岩流变力学模型 |
5.2.2 初期支护下隧道位移和衬砌应力解答 |
5.2.3 让压层和二衬支护下隧道位移和衬砌应力解答 |
5.3 解答验证与参数分析 |
5.3.1 数值验证 |
5.3.2 参数分析 |
5.4 本章小结 |
6 围岩-环向让压衬砌的相互作用研究 |
6.1 引言 |
6.2 让压元件的力学特性 |
6.3 环向让压衬砌的变形计算方法 |
6.4 考虑喷射混凝土硬化特性的衬砌安全性评价 |
6.4.1 位移反演法 |
6.4.2 考虑喷射混凝土硬化特性的支护刚度计算 |
6.4.3 工程应用 |
6.4.4 参数分析 |
6.5 环向让压衬砌作用下隧道变形解析解 |
6.5.1 可缩型拱架的使用 |
6.5.2 理论求解 |
6.5.3 工程应用 |
6.5.4 参数分析 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
附录一:攻读博士学位期间发表论文 |
附录二:攻读博士学位期间授权专利 |
附录三:攻读博士学位期间参与的主要科研项目 |
附录四:攻读博士学位期间获得的奖项 |
(4)垂向动压影响下巷道围岩变形机理及控制技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 动压巷道变形机理研究 |
1.2.2 动压巷道围岩控制理论研究 |
1.2.3 动压巷道围岩控制技术研究 |
1.3 研究内容 |
1.4 技术路线 |
2 动压巷道围岩力学性质及变形破坏特征研究 |
2.1 顾北矿动压巷道概况 |
2.2 动压巷道围岩性质实验室测试 |
2.2.1 动静态力学性能实验 |
2.2.2 干湿循环作用后单轴蠕变试验 |
2.2.3 电镜扫描 |
2.2.4 岩石成分X射线衍射 |
2.3 动压巷道现场探测 |
2.3.1 地应力测试 |
2.3.2 地质雷达探测 |
2.3.3 围岩裂隙演化窥视 |
2.4 动压巷道围岩变形规律研究 |
2.4.1 动压巷道应力动态监测 |
2.4.2 动压巷道围岩变形规律研究 |
2.5 本章小结 |
3 动压影响巷道支护力学效应分析 |
3.1 动压巷道基本理论 |
3.1.1 巷道力学模型 |
3.1.2 采场底板应力 |
3.1.3 顾北垂向近距离动压巷道变形机理 |
3.2 动压巷道均匀支护力学效应 |
3.2.1 动压巷道弹性应力场 |
3.2.2 弹性区的应变与位移 |
3.2.3 塑性区位移 |
3.3 动压巷道弱支护力学效应 |
3.3.1 三维应力的危害 |
3.3.2 局部弱支护弹性解 |
3.3.3 应力三维度分析 |
3.3.4 主应力旋转角度分析 |
3.4 动压巷道局部加强支护力学效应 |
3.4.1 强支护围岩应力弹性解 |
3.4.2 围岩塑性区 |
3.4.3 围岩流变变形 |
3.5 本章小结 |
4 空间网架复合衬砌模型试验研究 |
4.1 支护分析 |
4.1.1 空间网架结构支护机理 |
4.1.2 巷道围岩塑性区解析 |
4.1.3 内力计算 |
4.2 空间网架模型试验 |
4.2.1 相似模型的建立 |
4.2.2 钢筋网架优化 |
4.2.3 模型制作与加载测试 |
4.3 试验过程及结果分析 |
4.4 本章小结 |
5 垂向近距离动压巷道网架锚喷支护数值计算 |
5.1 模型建立 |
5.2 计算步骤及测点设置 |
5.3 垂向近距离动压影响巷道网架支护效果分析 |
5.3.1 动压影响下巷道位移变化 |
5.3.2 动压影响下巷道应力变化 |
5.3.3 动压影响下空间网架应力变化 |
5.3.4 动压影响下空间网架位移变化 |
5.4 本章小结 |
6 空间网架锚喷支护结构工程应用 |
6.1 工程背景 |
6.2 钢筋网架设计加工 |
6.3 空间网架锚喷支护施工 |
6.3.1 钢筋网架施工 |
6.3.2 喷射混凝土施工 |
6.4 现场监测分析 |
6.4.1 监测内容及测站布置 |
6.4.2 现场监测及结果分析 |
6.5 效果评价 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(5)软弱围岩隧道变形预测与初期支护技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道围岩变形预测研究现状 |
1.2.2 初期支护技术研究现状 |
1.2.3 隧道支护设计方法研究现状 |
1.3 研究中存在的问题 |
1.4 论文研究的主要内容及技术路线 |
1.4.1 研究主要内容 |
1.4.2 论文研究技术路线 |
第二章 软弱围岩隧道基本特征和围岩动态分级研究 |
2.1 软弱围岩的基本特征 |
2.1.1 软弱围岩的变形特征 |
2.1.2 软弱围岩的强度特征 |
2.2 软弱围岩破坏准则 |
2.2.1 Mohr-Coulomb强度准则 |
2.2.2 Hoek-Brown经验强度准则 |
2.2.3 适用性分析 |
2.3 软弱围岩动态分级研究 |
2.3.1 软弱围岩动态分级的必要性 |
2.3.2 BQ分级法细化处理 |
2.3.3 超前地质预报 |
2.3.4 围岩动态分级 |
2.4 本章小结 |
第三章 考虑剪胀特性下软弱围岩弹塑性变形分析 |
3.1 隧道计算模型 |
3.1.1 基本假设 |
3.1.2 隧道计算力学模型 |
3.2 Mohr-Coulomb准则下围岩弹塑性变形分析 |
3.2.1支护阻力p≥临界支护阻力p_1 |
3.2.3 参数分析 |
3.3 Hoek-Brown准则下围岩弹塑性变形分析 |
3.3.1支护阻力p≥临界支护阻力p_1 |
3.3.3 参数分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 软弱围岩隧道初期支护作用研究 |
4.1 初期支护各构件的力学特性 |
4.1.1 锚杆 |
4.1.2 喷层 |
4.1.3 钢拱架 |
4.2 “锚喷+钢拱架”联合支护结构模型 |
4.3 “锚喷+钢拱架”复合拱承载能力分析 |
4.3.1 计算模型 |
4.3.2 联合支护阻力 |
4.3.3 复合拱承载能力 |
4.3.4 支护参数分析 |
4.4 围岩变形下复合拱的受力分析 |
4.4.1 外层支护拱受力分析 |
4.4.2 内层支护拱受力分析 |
4.4.3 复合拱力学分析 |
4.4.4 支护参数分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 工程应用 |
5.1 工程概况 |
5.1.1 地层岩性 |
5.1.2 岩体物理力学性质 |
5.2 围岩动态分级修正 |
5.2.1 BQ分级 |
5.2.2 超前地质预报分级 |
5.2.3 围岩动态分级修正结果 |
5.3 监控量测 |
5.3.1 监控量测目的 |
5.3.2 断面布置 |
5.3.3 监控量测数据与分析 |
5.4 锚杆拉拔实验 |
5.5 位移对比分析 |
5.5.1 联合支护围岩复合拱承载力 |
5.5.2 理论位移计算 |
5.5.3 数值模拟 |
5.5.4 位移对比分析 |
5.6 支护参数设计与优化 |
5.6.1 目标方程 |
5.6.2 约束条件 |
5.6.3 优化支护方案数值模拟分析 |
5.7 本章小结 |
第六章 结论与建议 |
6.1 主要结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
攻读学位期间发表论文情况 |
(6)武当山群片岩工程特性及其对隧道稳定性的影响 ——以十巫高速公路隧道为例(论文提纲范文)
作者简介 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题来源、研究目的和意义 |
1.1.1 选题的来源 |
1.1.2 选题目的和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 片岩工程特性研究现状 |
1.2.2 隧道围岩稳定性研究现状 |
1.2.3 隧道围岩支护技术研究现状 |
1.3 研究内容、技术路线及创新点 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.3.3 创新点 |
第二章 研究区工程概况及工程地质特征 |
2.1 工程背景 |
2.2 工程概况 |
2.3 研究区工程地质特征 |
2.3.1 地形地貌 |
2.3.2 地层岩性 |
2.3.3 地质构造 |
2.3.4 水文地质 |
2.3.5 地应力特征 |
2.4 本章小结 |
第三章 武当山群片岩的微观特性与物理水理特性研究 |
3.1 微观、物理水理试验方案设计 |
3.2 武当山群片岩微观特性研究 |
3.2.1 片岩偏光显微镜试验 |
3.2.2 片岩X射线衍射试验 |
3.2.3 片岩扫描电镜试验 |
3.3 武当山群片岩物理特性研究 |
3.3.1 片岩密度试验 |
3.3.2 片岩波速试验 |
3.4 武当山群片岩水理特性研究 |
3.4.1 片岩吸水性试验 |
3.4.2 片岩的软化性试验 |
3.4.3 片岩的耐崩解性试验 |
3.5 本章小结 |
第四章 武当山群片岩的力学特性及损伤本构模型研究 |
4.1 力学试验方案设计 |
4.2 武当山群片岩单轴压缩试验研究 |
4.2.1 单轴压缩应力应变曲线特征 |
4.2.2 试验仪器和数据处理 |
4.2.3 单轴压缩试验结果 |
4.3 武当山群片岩三轴压缩试验研究 |
4.3.1 试验仪器和加载方案 |
4.3.2 三轴压缩试验结果 |
4.4 武当山群片岩室内直剪试验研究 |
4.4.1 试验仪器和方案 |
4.4.2 直剪试验结果 |
4.5 武当山群片岩损伤统计本构模型 |
4.5.1 横观各向同性岩石变形参数的确定 |
4.5.2 横观各向同性岩石损伤统计本构模型 |
4.5.3 损伤统计本构模型验证 |
4.6 本章小结 |
第五章 片岩隧道围岩变形破坏特征及支护技术研究 |
5.1 片岩隧道围岩变形破坏影响因素 |
5.1.1 片岩岩性影响 |
5.1.2 围岩结构的影响 |
5.1.3 地应力的影响 |
5.1.4 地下水的影响 |
5.2 各向异性围岩变形破坏数值分析 |
5.2.1 模拟方案及参数的选取 |
5.2.2 围岩各向异性影响分析 |
5.2.3 高地应力的影响分析 |
5.2.4 水的影响分析 |
5.3 片岩隧道围岩变形支护技术研究 |
5.3.1 片岩隧道围岩支护结构 |
5.3.2 支护效果分析 |
5.3.3 片岩隧道支护结构正交分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 片岩隧道围岩变形监测及预测研究 |
6.1 围岩变形现场监控量测 |
6.1.1 围岩变形监测仪器和方案 |
6.1.2 围岩变形监测数据分析 |
6.2 片岩隧道围岩变形预测研究 |
6.2.1 基于最小二乘支持向量机的围岩变形预测模型 |
6.2.2 基于粒子群算法优化的支持向量机围岩变形预测模型 |
6.2.3 基于遗传算法优化的支持向量机围岩变形预测模型 |
6.2.4 不同围岩变形预测模型对比分析 |
6.3 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(7)我国锚喷支护研究现状及发展(论文提纲范文)
前言 |
1 锚喷支护理论研究现状 |
1.1 悬吊理论[3] |
1.2 组合梁理论[3] |
1.3 减跨理论[3] |
1.4 最大水平应力理论[3] |
1.5 松动圈支护理论 |
1.6 巷道蝶形破坏理论 |
2 锚喷支护力学计算研究现状 |
3 锚喷支护数值模拟研究现状 |
4 锚喷支护试验测试研究现状 |
5 展望 |
6 结束语 |
(8)鞍子山隧道围岩移动和变形与支护数值模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题的背景和意义 |
1.2 围岩稳定性理论及分析方法研究现状 |
1.3 锚杆支护技术研究现状 |
1.4 隧道工程存在问题及特点 |
1.5 研究内容与方法 |
1.6 技术路线 |
2 隧道围岩稳定性分析 |
2.1 隧道围岩稳定性影响因素 |
2.2 工程概况 |
2.3 隧道围岩稳定性与松动圈的关系 |
2.4 本章小结 |
3 隧道围岩变形机理分析 |
3.1 弹塑性基本理论 |
3.2 非线性问题 |
3.3 FLAC3D简介 |
3.4 本章小结 |
4 不同施工方法隧道围岩应力应变数值模拟分析 |
4.1 隧道施工方法分析 |
4.2 模型建立 |
4.3 不同施工方法围岩应力数值模拟 |
4.4 不同施工方法隧道围岩破坏数值模拟 |
4.5 本章小结 |
5 隧道支护参数数值模拟 |
5.1 锚杆支护参数研究意义 |
5.2 锚杆长度对支护效果的作用分析 |
5.3 锚杆间距对支护效果的作用分析 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(9)融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 冻土力学性质研究 |
1.2.2 冻土隧道围岩温度场 |
1.2.3 冻土隧道围岩变形作用研究 |
1.3 主要研究内容 |
1.4 研究方法与技术路线 |
1.4.1 研究方法 |
1.4.2 技术路线 |
第2章 多年冻土隧道围岩变形破坏特征及诱发因素分析 |
2.1 冻土的分布与组成 |
2.1.1 冻土的分布 |
2.1.2 冻土的组成 |
2.2 融化作用下多年冻土围岩变形破坏形式 |
2.2.1 局部掉块 |
2.2.2 坍塌 |
2.2.3 隧道底鼓 |
2.2.4 初支开裂、变形、侵限 |
2.3 多年冻土隧道围岩变形破坏影响分析 |
2.3.1 围岩条件的影响 |
2.3.2 融化圈深度的影响 |
2.3.3 支护结构的影响 |
2.4 变形破坏预防控制措施 |
2.4.1 控制温度 |
2.4.2 合理支护 |
2.5 本章小结 |
第3章 融化作用下多年冻土隧道围岩的弹塑性分析 |
3.1 融化冻土围岩的弹塑性计算模型 |
3.1.1 基本假设 |
3.1.2 建立模型 |
3.2 融化冻土围岩的弹塑性问题计算 |
3.2.1 岩土材料的屈服准则 |
3.2.2 采用Mohr-Coulomb屈服准则 |
3.2.3 采用Tresca屈服准则 |
3.2.4 采用Drucker-Prager屈服准则 |
3.3 围岩与支护结构之间的相互作用 |
3.3.1 收敛-约束法的基本原理 |
3.3.2 围岩特征曲线(GRC) |
3.3.3 支护特性曲线(SCC) |
3.3.4 多年冻土隧道围岩特性曲线 |
3.3.5 围岩与支护相互作用 |
3.4 本章小结 |
第4章 融化作用下多年冻土隧道围岩变形数值分析 |
4.1 概述 |
4.2 计算模型及物理力学参数 |
4.2.1 隧道开挖后未支护状态 |
4.2.2 隧道开挖后支护状态 |
4.3 计算结果分析 |
4.3.1 未支护状态下围岩变形情况 |
4.3.2 支护状态下围岩变形情况 |
4.4 本章小结 |
第5章 工程应用 |
5.1 风火山隧道工程概况 |
5.2 风火山隧道隧址区地质环境条件 |
5.2.1 气象水文 |
5.2.2 地形地貌 |
5.2.3 地层岩性 |
5.3 风火山隧道施工设计原则 |
5.3.1 隧道结构设计 |
5.3.2 施工工艺 |
5.3.3 温度控制 |
5.3.4 混凝土材料及其施作特点 |
5.4 风火山隧道监控量测及数据分析 |
5.4.1 监测目的及内容 |
5.4.2 温度与融化圈监测 |
5.4.3 隧道周边围岩变形监测 |
5.4.4 隧道周边围岩变形分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(10)绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形特征及支护技术研究(论文提纲范文)
作者简历 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 选题的来源、目的和意义 |
1.1.1 选题的来源 |
1.1.2 选题的目的和意义 |
1.2 国内外研究现状、发展趋势及存在的主要问题 |
1.2.1 软岩隧道围岩变形特征研究现状 |
1.2.2 软岩隧道围岩大变形问题研究现状 |
1.2.3 隧道围岩稳定性分析与计算研究现状 |
1.2.4 隧道围岩支护理论及支护技术研究现状 |
1.2.5 发展趋势及存在的主要问题 |
1.3 研究内容、技术路线和创新点 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.3.3 创新点 |
第二章 研究区地质环境条件 |
2.1 工程概况 |
2.2 研究区工程地质和水文地质条件及评价 |
2.2.1 地形地貌 |
2.2.2 地层岩性 |
2.2.3 地质构造 |
2.2.4 水文地质 |
2.3 研究区地应力特征 |
2.3.1 地应力测试结果 |
2.3.2 地应力场特征 |
2.3.3 地应力场与隧道轴线位置关系 |
2.4 研究区岩体结构特征 |
2.4.1 岩体结构特征 |
2.4.2 岩体结构类型 |
2.5 本章小结 |
第三章 绢云母软质片岩隧道围岩物理力学性质研究 |
3.1 试验整体设计 |
3.2 微观结构试验 |
3.2.1 岩石切片显微镜试验 |
3.2.2 环境扫描电子显微镜试验 |
3.3 物理、水理性质试验 |
3.3.1 密度试验 |
3.3.2 空隙性试验 |
3.3.3 X衍射矿物分析试验 |
3.3.4 波速试验 |
3.3.5 吸水率试验 |
3.4 常规力学性质试验 |
3.4.1 试验方法 |
3.4.2 干燥状态下单轴压缩试验 |
3.4.3 干燥状态下三轴压缩试验 |
3.4.4 不同含水率条件下单轴压缩试验 |
3.4.5 不同含水率条件下三轴压缩试验 |
3.5 蠕变力学特性试验 |
3.5.1 试验方法 |
3.5.2 试验结果 |
3.5.3 成果分析 |
3.6 岩体破裂过程声发射试验 |
3.6.1 试验方法 |
3.6.2 试验结果 |
3.6.3 成果分析 |
3.7 本章小结 |
第四章 绢云母软质片岩粘弹塑性蠕变本构关系研究 |
4.1 蠕变本构模型建立方法 |
4.1.1 线性蠕变本构模型的建立 |
4.1.2 非线性蠕变本构模型的建立 |
4.2 粘弹塑性蠕变本构模型 |
4.2.1 建模基本思路 |
4.2.2 建立线性粘弹塑性本构模型 |
4.2.3 建立非线性粘弹塑性本构模型 |
4.3 粘弹塑性蠕变本构模型参数 |
4.3.1 本构模型参数确定方法 |
4.3.2 拟合结果分析 |
4.3.3 含水率对本构模型参数的影响规律 |
4.4 本章小结 |
第五章 绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形特征粘弹塑性数值模拟研究 |
5.1 ANSYS有限元分析方法概述 |
5.1.1 有限元分析方法 |
5.1.2 ANSYS有限元方法 |
5.2 土公岭隧道数值模型的建立 |
5.2.1 选取典型计算断面 |
5.2.2 基本假设条件 |
5.2.3 计算范围及边界约束 |
5.2.4 单元类型及计算参数 |
5.2.5 土公岭隧道计算模型 |
5.2.6 设置计算步 |
5.3 粘弹塑性本构模型在ANSYS中的实现 |
5.3.1 蠕变参数的转化 |
5.3.2 粘弹塑性Prony级数参数计算 |
5.3.3 粘弹塑性Prony级数参数输入ANSYS |
5.4 有限元计算结果及分析 |
5.4.1 开挖前初始位移与初始应力 |
5.4.2 上台阶开挖后位移及应力 |
5.4.3 上台阶开挖后初期支护内力 |
5.4.4 下台阶开挖后位移及应力 |
5.4.5 下台阶开挖后初期支护内力 |
5.5 本章小结 |
第六章 绢云母软质片岩隧道围岩变形影响因素及变形机理研究 |
6.1 隧道围岩变形宏观特征 |
6.2 隧道围岩变形影响因素 |
6.2.1 岩性因素 |
6.2.2 围岩结构特征因素 |
6.2.3 地质构造因素 |
6.2.4 地应力因素 |
6.2.5 地下水因素 |
6.3 隧道围岩变形现场监控量测及结果分析 |
6.3.1 监控量测目的 |
6.3.2 监控量测流程 |
6.3.3 监控量测内容和方法 |
6.3.4 监控量测断面及频率 |
6.3.5 监控量测仪器 |
6.3.6 监控量测数据处理 |
6.3.7 拱顶沉降监测数据分析 |
6.3.8 水平净空周边收敛监测数据分析 |
6.3.9 应力应变监测数据分析 |
6.4 现场监测结果与数值计算结果对比分析 |
6.5 隧道围岩变形机理 |
6.5.1 现场裂缝调查 |
6.5.2 数值分析方案 |
6.5.3 数值分析模型 |
6.5.4 隧道围岩变形数值结果分析 |
6.6 本章小结 |
第七章 绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形支护技术研究 |
7.1 软质片岩隧道施工期围岩变形支护分析流程 |
7.2 隧道施工期围岩变形支护技术 |
7.2.1 开挖工法的选择 |
7.2.2 支护参数的选择 |
7.3 隧道围岩大变形及初支侵限处治技术 |
7.3.1 处治段地质概况 |
7.3.2 处治施工步骤 |
7.3.3 围岩大变形及初支侵限处治技术 |
7.4 本章小结 |
第八章 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
四、锚喷支护弹塑性设计理论及其工程应用(论文参考文献)
- [1]岩体力学发展的一些回顾与若干未解之百年问题[J]. 赵阳升. 岩石力学与工程学报, 2021(07)
- [2]三山岛金矿节理岩体变形破坏机理及滨海开采突水防治[D]. 颜丙乾. 北京科技大学, 2021
- [3]挤压变形隧道中让压支护的力学机理研究[D]. 吴奎. 西安建筑科技大学, 2021(01)
- [4]垂向动压影响下巷道围岩变形机理及控制技术研究[D]. 刘光程. 安徽理工大学, 2020(07)
- [5]软弱围岩隧道变形预测与初期支护技术研究[D]. 祝俊. 广西大学, 2020(02)
- [6]武当山群片岩工程特性及其对隧道稳定性的影响 ——以十巫高速公路隧道为例[D]. 王炜. 中国地质大学, 2020
- [7]我国锚喷支护研究现状及发展[J]. 徐鹏,叶洲元. 科技创新与应用, 2019(16)
- [8]鞍子山隧道围岩移动和变形与支护数值模拟研究[D]. 赵敏. 辽宁工程技术大学, 2019(07)
- [9]融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制[D]. 孟宗衡. 西南石油大学, 2018(02)
- [10]绢云母软质片岩隧道施工期围岩变形特征及支护技术研究[D]. 余庆锋. 中国地质大学, 2016(02)