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    《長江科學院》 2018年
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    深埋層狀巖體隧洞圍巖變形破裂特征及細觀演化規律

    高源  
    【摘要】:層狀巖體是地球表面分布最為廣泛的一種巖體類型,隨著深埋層狀巖體地下工程逐漸增多,大埋深層狀巖體地下洞室面臨的圍巖災變問題成為制約工程建設安全的關鍵難題之一,集中表現在深埋層狀巖體承載能力較低且受到開挖擾動后巖體發生大范圍破裂等方面。由于巖石礦物成分、層理面傾角、間距及應力狀態迥異,深埋層狀巖體表現出不同的物理力學特性。目前關于深埋層狀巖體地下洞室圍巖變形破壞規律特別是細觀方面的研究尚不成熟,因此,開展深埋層狀巖體隧洞變形破裂特征與細觀演化規律研究具有重要的理論意義與實際價值。本文基于引漢濟渭引水隧洞嶺北段TBM工段綠泥石片巖室內常規單軸試驗及三軸試驗結果,借助離散元數值方法及斷裂力學、損傷力學等理論,對綠泥石片巖層理面的相關特性進行了較為詳細的研究。本文的主要研究工作如下:(1)以離散元理論為基礎,結合Weibull分布理論、LPB模型和SJ模型,提出了非均質層狀巖體細觀力學接觸模型及其計算方法。(2)通過分析綠泥石片巖的SEM礦物成分檢測結果,建立了基于礦物形顆粒的層狀巖體細觀結構模型,結合巖石細觀力學參數識別方法,標定了綠泥石片巖的細觀力學參數,構建了層狀巖體的細觀力學數值模型。(3)以不同層理面傾角、不同層理面間距、不同圍壓等條件下的層狀巖體為研究對象,開展單軸數模試驗和三軸數模試驗,較為深入地研究了層理面效應對層狀巖體力學特性的影響,闡明了層狀巖體變形破裂及細觀演化規律,結果表明:單軸及三軸試驗中,巖體峰值強度與層面傾角的關系曲線均呈U型,表現出明顯的傾角差異;層理面間距越小,峰值強度越低。(4)基于層狀巖體細觀力學模型及相關理論,建立了隧洞模型,并考慮不同初始應力水平、不同側壓系數、不同層理面傾角及間距等因素對隧洞圍巖穩定性及圍巖破裂損傷模式的影響進行了對比分析。結果表明:對于具有不同層理面傾角的巖體,其主要破壞區域為垂直于層理面傾角方向且與隧洞開挖面相交的部分;隨著側壓系數越大、層理面間距越小及初始應力的逐級增大,隧洞開挖卸荷后圍巖破壞可能性越大。
    【學位授予單位】:長江科學院
    【學位級別】:碩士
    【學位授予年份】:2018
    【分類號】:TV554

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