突泥災害是威脅隧道等地下工程施工安全的一種多發(fā)性地質災害,具有破壞性強、危害性大的特點。大型突泥災害(突泥量10000m3),極易造成設備掩埋與損毀、人員傷亡等嚴重事故,甚至會誘發(fā)地表塌陷等次生災害。突泥災變機理研究是預防和治理突泥災害的基礎。以往對突泥災害的研究,較側重于地質構造、地下水、施工擾動等外因對災害發(fā)生的誘導作用,忽視了致災介質自身力學性能對突泥災害發(fā)生與否的影響。本文以突泥災害致災介質為研究對象,以粘聚力作為評價其狀態(tài)主要力學指標,對致災介質粘聚力隨孔隙比的變化規(guī)律及其失穩(wěn)臨界粘聚力值,進行了理論與試驗研究。(1)以69個突泥案例為基礎,從致災構造類型、突泥量、突泥次數(shù)、介質成分等方面研究了突泥災害特征。揭示了突泥量、突泥次數(shù)與致災構造類型的關系。分析了致災介質固體成分,確定了致災介質的級配土屬性。(2)以致災介質力學性能為內(nèi)因,以影響致災介質失穩(wěn)破壞過程的其它因素(地應力、地下水壓力、施工擾動等)為外因,以斷層類突泥為例,建立了突泥災變模型。在此基礎上,分析了致災介質失穩(wěn)破壞過程,揭示了孔隙比增大導致的粘聚力減小是致災介質失穩(wěn)破壞的主要原因。(3)以粘聚力作為評價致災介質狀態(tài)的主要力學指標,將土粒簡化為邊長不等的正方體,將土粒排列形式簡化為等間距、有序排列,建立了均勻致災介質結構模型,獲得了土粒間距、有效面積率與孔隙比的關系,推導了致災介質粘聚力變化函數(shù),揭示了粘聚力隨孔隙比的變化規(guī)律,并通過直剪試驗驗證了函數(shù)的正確性。(4)設計并開展了致災介質失穩(wěn)試驗,不考慮外因影響,研究了飽和致災介質失穩(wěn)臨界粘聚力。綜合考慮致災介質強度及其衰減特征,提出了評價致災介質失穩(wěn)風險的無量綱指標——“可突性指標K”,并根據(jù)“可突性指標K”對致災介質失穩(wěn)風險等級進行了劃分。。(5)針對地下水滲流對致災介質失穩(wěn)破壞的影響,以水力梯度表征滲流作用,分析了滲流對土粒失穩(wěn)的影響,獲得了失穩(wěn)臨界粘聚力與水力梯度的正相關關系,并分別通過失穩(wěn)試驗與數(shù)值模擬進行了驗證。在此基礎上,考慮滲流對致災介質失穩(wěn)破壞的影響,對致災介質失穩(wěn)風險分級方法進行了修正。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U457.5
【部分圖文】：

要表現(xiàn)為：突出物含泥沙量、流動性、工程危害特征等３個方面，其中突出物含??泥沙量是最本質的區(qū)別，也是造成流動性及工程危害特征不同的主要原因。相比??突水，突泥災害的突出物泥沙含量高、粘度大、流動性差（見圖１－２），井且大型??２??

考慮了充填介質整體失穩(wěn)帶來的影響，以地下水壓力作為主要荷載，采用條分法??分析了充填致災構造內(nèi)介質的整體穩(wěn)定性；若把充填介質作為突泥災害的致災介??質（見圖１－３），這一方法也可以作為分析突泥災害發(fā)生機理重要借鑒。若能將滲??透失穩(wěn)與條分法有效結合，從介質在地下水滲流作用下的滲透失穩(wěn)性質與整體穩(wěn)??定性兩個角度開展突泥機理研宂，很可能會取得更好的效果。??（３）模型試驗研究現(xiàn)狀??模型試驗是研宂突泥災變機理最直觀、最有效的方法。但是，模型試驗法對??５??

中心研發(fā)的“大型三維隧道突水突泥模型試驗系統(tǒng)”［３７］，配備了先進的地應力與水??壓力加載系統(tǒng)。該系統(tǒng)以江西省吉蓮高速永蓮隧道為原型，幾何縮小比例為１：２０，??夕卜觀尺寸達到８ｍｘ４．５ｍｘ４．５ｍ?（見圖１－４）。同時，為真實模擬永蓮隧道突水突泥??過程，研發(fā)了相應的地層相似材料ｔ３５］。以試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，研宄了突泥災害發(fā)生??前后地層滲流場、應力場、位移場等物理場信息演化規(guī)律。但是，令人遺憾的是，??６??
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本文編號：2856772