層狀千枚巖地層隧道穩(wěn)定性分析.pdf

1、在自然界廣泛分布的巖漿巖、沉積巖與變質(zhì)巖這三大類巖石中，沉積巖與變質(zhì)巖大多具有各向異性的特征。巖石的各向異性是指巖石材料的物理特性、結(jié)構(gòu)特征、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等隨著方向的不同而有所差異的性質(zhì)。隨著我國隧道工程的建設(shè)朝著長、大、深埋方向發(fā)展，巖石的各向異性特征對圍巖穩(wěn)定性與襯砌結(jié)構(gòu)的長期安全性的影響更加顯著。因此，有必要對該問題進(jìn)行深入的研究。
　　論文以汶馬高速公路鷓鴣山隧道為工程背景，采用室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬、理論分析等手段，對千枚巖

2、宏細(xì)觀各向異性力學(xué)特征進(jìn)行了深入研究。在此基礎(chǔ)上，建立了考慮結(jié)構(gòu)劣化及圍巖流變效應(yīng)的襯砌結(jié)構(gòu)安全性分析模型，取得的主要成果如下:
　　(1)通過對巖樣進(jìn)行三軸壓縮試驗、巴西劈裂試驗以及單軸壓縮流變試驗，得到了巖樣的宏觀破壞力學(xué)特征。在試驗過程中，借助聲發(fā)射、高速攝像等測試方法，從細(xì)觀角度探明了巖樣的破壞演化過程。同時，采用電鏡掃描、三維激光掃描等測試手段，揭示了巖樣的細(xì)觀破壞機(jī)理。
　　(2)基于顆粒離散元理論，建立了能反映

3、巖石拉壓各向異性力學(xué)特征的數(shù)值計算模型;在此基礎(chǔ)上，引入伯格斯損傷模型，得到了能表征巖石流變各向異性特征以及能反映巖石加速流變特征的流變數(shù)值模型。
　　(3)基于理論推導(dǎo)，得到了點錨式錨桿作用下橫觀各向同性深埋隧道彈塑性解，分析了各向異性參數(shù)對圍巖形變的影響;鑒于理論推導(dǎo)的局限性，采用塊體離散元軟件，對巖體不同傾角與傾向條件下隧道開挖后圍巖的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了錨桿優(yōu)化布置的思路。
　　(4)基于有限差分理論，將非

4、線性流變元件引入元件組合模型中，同時引入巖石各向異性本構(gòu)模型，提出了一個能描述巖石各向異性特征的非線性黏彈塑性流變本構(gòu)模型。
　　(5)基于鋼筋銹蝕理論，推導(dǎo)了錨桿銹斷力學(xué)模型及鋼拱架銹蝕力學(xué)模型，并通過二次開發(fā)嵌入到現(xiàn)有的計算軟件中。同時，基于殼。接頭計算模型，分析了二次襯砌帶裂紋工作條件下的結(jié)構(gòu)安全性，并通過現(xiàn)場測試驗證了模型的有效性。在此基礎(chǔ)上，建立了考慮結(jié)構(gòu)劣化及圍巖流變效應(yīng)的襯砌結(jié)構(gòu)安全性分析模型，研究了隧道結(jié)構(gòu)不同位置