【摘要】：隨著水電、公路、鐵路等重大項(xiàng)目建設(shè),中國(guó)正在或即將修建數(shù)萬公里的交通隧道工程。這些工程項(xiàng)目越來越多面臨大埋深、高地應(yīng)力、復(fù)雜地質(zhì)條件的難題。工程結(jié)構(gòu)所承受的地應(yīng)力隨著埋深的增大而不斷增大,這就導(dǎo)致了深部巖體的力學(xué)行為特征發(fā)生根本性的變化,引發(fā)諸多與淺部完全不同的亟需解決的深部工程技術(shù)問題,使得深部巖體工程穩(wěn)定性控制和支護(hù)難度加大。近幾年,因工程埋深增大問題造成了多起工程事故,大量的施工人員傷亡,貴重的機(jī)械設(shè)備損毀,以及工程工期的延誤,這就導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而因?yàn)樯畈抗こ添?xiàng)目的日益增多,此類災(zāi)害發(fā)生的可能性逐漸增加,由此造成的損失將更加嚴(yán)重。深部巖體的隧道開挖后,圍巖的應(yīng)力狀態(tài)超過了其峰值強(qiáng)度,導(dǎo)致圍巖與淺層巖體工程相比,出現(xiàn)了不同的變形規(guī)律以及破壞形式。單一的連續(xù)力學(xué)理論難以準(zhǔn)確描述裂隙巖體的力學(xué)特性;在試驗(yàn)方面,由于受試驗(yàn)條件和技術(shù)的限制,針對(duì)峰后裂隙巖體變形特性的試驗(yàn)研究成果也比較少。論文采用模型試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的分析方法,對(duì)裂隙巖體的變形機(jī)理和穩(wěn)定性進(jìn)行了深入的研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1)對(duì)預(yù)制不同傾角貫穿裂隙的類巖石試件進(jìn)行了單軸、三軸壓縮試驗(yàn),研究了裂隙巖體在不同傾角和圍壓條件下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、峰值強(qiáng)度、峰后殘余強(qiáng)度分布規(guī)律和破壞模式等,為理論和數(shù)值方法的研究提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。2)根據(jù)相似試驗(yàn)原理,配置類巖石和類裂隙相似材料,開展大尺度的深部裂隙巖體開挖變形破壞規(guī)律三維模型試驗(yàn),研究深部帶有一定傾角的裂隙巖體在開挖強(qiáng)卸荷作用下圍巖變形破壞演化過程,揭示了隧道開挖誘發(fā)的裂隙圍巖局部塊體失穩(wěn)到塊體群失穩(wěn)的破壞規(guī)律。3)根據(jù)裂隙巖體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和峰后殘余強(qiáng)度,建立了不同圍壓和裂隙傾角條件下的裂隙巖體損傷本構(gòu)模型;提出了基于應(yīng)變能密度理論巖石損傷破壞判別準(zhǔn)則,并利用UDEC開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算程序,為模擬裂隙巖體非連續(xù)的破壞過程提供數(shù)值條件。4)根據(jù)大尺度模型試驗(yàn)裂隙巖體從局部到整體的峰后破壞規(guī)律,提出了塊體群方法裂隙巖體穩(wěn)定性分析技術(shù),開發(fā)了塊體群法裂隙巖體穩(wěn)定性分析動(dòng)態(tài)可視化計(jì)算程序,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵塊體矢量計(jì)算、塊體群生成、幾何分析和蒙特卡羅模型可靠度分析、動(dòng)態(tài)可視化展示等功能,為裂隙巖體穩(wěn)定性分析及支護(hù)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。5)以大相嶺隧道為背景,采用本文提出的擴(kuò)展離散元數(shù)值方法,分析了深部裂隙巖體開挖變形破壞全過程,并與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,為裂隙巖體工程項(xiàng)目提供技術(shù)指導(dǎo)。本文研究?jī)?nèi)容給裂隙巖體變形破壞過程的研究以及裂隙巖體支護(hù)設(shè)計(jì)的研究提供了新的方法和技術(shù),為裂隙巖體大變形和大體積塌方等災(zāi)害控制提供了技術(shù)支撐。
【圖文】：

逑＊邋＾逡逑圖２．邋２貫穿裂隙制作模具邐圖２．邋３含貫通節(jié)理的巖體受力分布圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．邋３邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｊｏｉｎｔｅｄ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｍｏｕｌｄ邋ｆｏｒ邋ｔｈｒｏｕｇｈ邋ｃｒａｃｋ逡逑ｓｐｅｃｉｍｅｎ逡逑對(duì)制作好的正方體試件進(jìn)行取芯制作成試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件，尺寸為０邋５０ｍｍ邋Ｘ逡逑１００ｍｍ，裂隙面的傾角為如圖２．３。裂隙巖體試件的傾角有０°邋（無裂隙試件）、１５°、逡逑２０。、邋３０。、邋４０。、邋４５°邋、邋５０。、邋６０。。逡逑圖２．４試件取芯邐圖２．邋５巖體試件逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．４邋Ｃｏｒｉｎｇ邐Ｆｉｇｕｒｅ邋２．邋５邋Ｒｏｃｋ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ逡逑裂隙試件的制作材料為標(biāo)號(hào)４２５的普通硅酸鹽水泥、砂子、水和減水劑，按照逡逑１：２．６：０．３８：０．０２的比例配置水泥砂漿，攪拌１００次，然后把混合料倒入圖２．２的模具中。逡逑然后放于振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)１５０秒，之后養(yǎng)護(hù)２４小時(shí)后拆模，再養(yǎng)護(hù)２８天完成。逡逑養(yǎng)護(hù)好的試件進(jìn)行取芯，如圖２．４所示，得到標(biāo)準(zhǔn)圓柱裂隙試件，裂隙位于試件中部，逡逑如圖２．５所示。表２．丨為制作出的無裂隙試件的物理力學(xué)參數(shù)。根據(jù)上述比例配置而制作逡逑１２逡逑

２．３．２試驗(yàn)結(jié)果分析逡逑２．３．２．１試件在不同裂隙傾角條件下的強(qiáng)度特性逡逑圖２．邋７收集了試件在不同裂隙傾角條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以看出裂隙傾角為１５°逡逑的試件其應(yīng)力－應(yīng)變曲線與無裂隙試件的十分接近。而當(dāng)裂隙傾角大于３０°條件下，得到逡逑的應(yīng)力－應(yīng)變曲線與無裂隙試件的差異很明顯，裂隙傾角為４０°的試件其應(yīng)力－應(yīng)變曲線逡逑出現(xiàn)了兩個(gè)峰值。逡逑１３逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU457

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本文編號(hào)：2604001