深埋軟巖隧道流變特征研究.pdf

1、巖體變形是一個(gè)與時(shí)間相關(guān)的過(guò)程，尤其是軟巖，其變形通常具有一定的時(shí)效性。彈塑性理論無(wú)法描述和預(yù)測(cè)這一過(guò)程，而流變力學(xué)理論較好的克服了這個(gè)缺點(diǎn)。合理描述巖體與時(shí)間相關(guān)的力學(xué)特征和行為對(duì)于實(shí)際工程有著重要的意義。本論文以錦屏二級(jí)水電站引水隧洞西端綠泥石片巖段為工程依托，基于相關(guān)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)變形，采用理論分析和數(shù)值計(jì)算等方法，從巖石流變本構(gòu)模型出發(fā)，研究了適合于描述軟巖隧道流變特性的本構(gòu)模型，并將該模型應(yīng)用于數(shù)值模擬中，同時(shí)還研究了流變參數(shù)

2、反演的方法。主要研究?jī)?nèi)容及成果包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)對(duì)工程區(qū)綠泥石片巖進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)。采用掃描電鏡-能譜分析對(duì)綠泥石片巖的微結(jié)構(gòu)特征及元素組成進(jìn)行了分析;采用巖石力學(xué)剛性試驗(yàn)機(jī)對(duì)綠泥石片巖干燥及飽和狀態(tài)下的力學(xué)特征進(jìn)行了研究，以期獲得對(duì)綠泥石片巖在高地應(yīng)力狀態(tài)下變形和破壞特征的認(rèn)識(shí);
　　(2)根據(jù)Riemann-Liouville分?jǐn)?shù)階微積分理論，提出了統(tǒng)一采用基于分?jǐn)?shù)階微積分形式表達(dá)的四元件非線性粘彈塑性流變模型

3、，給出了該模型的本構(gòu)方程及蠕變方程，并將該模型與綠片巖蠕變?cè)囼?yàn)及巖鹽蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了擬合，結(jié)果表明該模型可以有效反映巖石三個(gè)階段的蠕變特性，并且起到了減少模型元件個(gè)數(shù)及參數(shù)的作用;
　　(3)提出了蠕變?nèi)齻€(gè)階段過(guò)程中非定常參數(shù)分別隨時(shí)間和隨應(yīng)變衰減的方程，并根據(jù)衰減方程建立了改進(jìn)三參量H-K流變模型，并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了辨識(shí)，結(jié)果顯示兩種參數(shù)衰減的形式均能較好的反映巖石蠕變的三個(gè)階段;
　　(4)推導(dǎo)了基于分

4、數(shù)階Maxwell模型的隧道粘彈性位移解析方程，同時(shí)考慮了掌子面及支護(hù)作用的影響，通過(guò)與Burgers模型的解析解對(duì)比，顯示兩種模型在某個(gè)時(shí)間段可以達(dá)到相一致的結(jié)果;
　　(5)基于巖石蠕變?nèi)A段的特點(diǎn)，提出了蠕變參數(shù)隨等效應(yīng)變而衰減的改進(jìn)三參量H-K(廣義Kelvin)三維本構(gòu)模型，并用來(lái)反映軟弱圍巖在不同應(yīng)力水平下的彈性變形及蠕變變形，同時(shí)給出了該模型應(yīng)用于有限差分程序FLAC3D中的方法，即采用FLAC3D內(nèi)嵌的FISH語(yǔ)言

5、，在計(jì)算過(guò)程中動(dòng)態(tài)評(píng)估和修正蠕變參數(shù);
　　(6)基于改進(jìn)三參量H-K本構(gòu)模型，采用有限差分程序FLAC3D探討了軟巖隧道在不同埋深及側(cè)壓力系數(shù)時(shí)的蠕變變形特征、掌子面對(duì)隧道流變的影響、施工停止時(shí)間對(duì)隧道流變的影響以及臺(tái)階法開(kāi)挖對(duì)隧道流變的影響;
　　(7)結(jié)合綠泥石片巖蠕變?cè)囼?yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，探討了采用粒子群算法對(duì)流變參數(shù)反演的方法，同時(shí)將有限差分程序FLAC3D、均勻設(shè)計(jì)法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及粒子群算法相結(jié)合，建立了工程巖體