發(fā)布時(shí)間：2019-04-08 15:01

【摘要】：我國川西地區(qū)地下工程施工開挖中,普遍遇到宏、細(xì)觀節(jié)理裂隙發(fā)育的堅(jiān)硬脆性巖石及巖體,由此引發(fā)的圍巖脆性劈裂、片幫、巖爆和突水等工程災(zāi)害,危及隧洞的施工及運(yùn)營安全。為此,受國家自然科學(xué)基金(編號(hào):41272321 )資助,本文從堅(jiān)硬脆性巖石天然發(fā)育的裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何特征統(tǒng)計(jì)分析入手,在裂隙發(fā)育的堅(jiān)硬巖石力學(xué)特性及其隧洞圍巖破裂機(jī)理方面開展了以下研究工作:(1)為研究巖石裂隙形成機(jī)理和裂隙性隧道圍巖破裂機(jī)制,提出了一種適用于復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何特征定量分析和評(píng)價(jià)的方法,應(yīng)用于四川泥巴山流紋巖試樣裂隙特征的分析評(píng)價(jià),成功構(gòu)建了該種流紋巖的裂隙網(wǎng)絡(luò)模型和泥巴山隧道裂隙性圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。(2)借鑒復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理,引入考慮裂隙相互作用的“相互作用直推法(IDD)”,與不考慮裂隙相互作用的“稀疏法(Dilute Method)”、Giordano模型,和考慮裂隙相互作用的改進(jìn)Taylor模型進(jìn)行對(duì)比分析,論證了 IDD法具有優(yōu)勢(shì);采用IDD法探討了裂隙發(fā)育密度、幾何形狀、傾角和充填性質(zhì)等因素對(duì)巖石等效彈性模量的影響;結(jié)合本文提出的裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何特征定量分析方法,提出了一種新的復(fù)雜裂隙性巖石等效彈性模量的計(jì)算方法,其可靠性得到試驗(yàn)所驗(yàn)證。(3)提出了“裂隙-裂隙充填物-巖石”構(gòu)成的三相“復(fù)合巖石”模型,利用“復(fù)合巖石”模型試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),研究了該“復(fù)合巖石”的壓剪破裂機(jī)理;引入“斷裂體積”參數(shù)代替“斷裂面積”參數(shù),提出了“復(fù)合巖石”壓剪斷裂的體積斷裂能指標(biāo)Gf-v的計(jì)算方法;根據(jù)三組試樣體積斷裂能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果,提出了體積斷裂能的雙線性前邊界效應(yīng)模型,據(jù)此模型分析了非均質(zhì)充填物內(nèi)微裂隙對(duì)“復(fù)合巖石”斷裂特性的影響機(jī)理。(4)利用采自泥巴山隧道工程區(qū)的天然裂隙性流紋巖,制作“半圓拱+直墻+平底”的城門拱形隧洞模型試樣,進(jìn)行雙軸壓縮試驗(yàn),測(cè)試圍巖的動(dòng)態(tài)破裂過程和圍巖典型位置的應(yīng)變,分析和揭示了天然裂隙性堅(jiān)硬脆性隧洞圍巖的破裂機(jī)理。結(jié)果表明,隧洞底板和拱頂首先出現(xiàn)張裂,張裂隙向圍巖深部(上、下)擴(kuò)展,邊墻發(fā)生板裂化破裂,并逐步向隧洞圍巖內(nèi)部發(fā)展,形成V形損傷破裂區(qū),拱腳形成局部壓碎區(qū)。(5)采用雙軸壓縮試驗(yàn)研究了城門形隧洞拱頂和底板近距較大裂隙發(fā)育圍巖的破裂機(jī)理。試驗(yàn)表明,圍巖的破裂從大裂隙剪切滑移開始,拱頂圍巖受近距大裂隙的影響出現(xiàn)多條豎向張性新裂隙,引起拱頂圍巖破裂,洞底板大裂隙向隧洞邊墻和起拱部位擴(kuò)展,造成圍巖顯著的非對(duì)稱性破裂特征。(6)基于離散元顆粒流介質(zhì)數(shù)值PFC2D軟件,分別模擬分析了完整性隧洞圍巖和裂隙性隧洞圍巖在雙軸壓縮下的破裂裂隙起裂擴(kuò)展和原生裂隙擴(kuò)展特性,數(shù)值模擬分析得到的裂隙性堅(jiān)硬圍巖細(xì)觀破裂機(jī)理和宏觀發(fā)展趨勢(shì)與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。(7)采用硬脆性類巖石模型材料,制備含初始板裂化邊墻的拱形隧洞模型,雙軸壓縮下圍巖呈脆性破裂特征,拱頂圍巖整體下沉,板裂化邊墻受壓屈曲破裂,并向隧洞內(nèi)突破形成楔形破裂區(qū),與流紋巖隧洞模型具有類似的破裂模式;但是,由于板裂縫的存在,邊墻中部和底部圍巖切向應(yīng)力減小,破裂區(qū)在0.4R范圍內(nèi)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U451.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2454679