在我國隧道及地下工程建設的步伐中,尤其是在施工過程中會常常遇到各種復雜的不良地質,如斷層破碎帶、溶洞、凍土、泥化夾層和軟巖地段等。自然界中沉積巖是層狀構造的巖體占陸地面積的三分之二,層狀構造中往往含有大量的軟硬互層構造,由于軟硬互層構造巖體的特殊性,使得軟硬互層巖體的破壞模式主要表現(xiàn)為三種形式:一是沿著斜交層面的剪切破壞,二是沿著層面的滑移破壞,三是沿著層面的劈裂破壞。在這種軟硬互層的巖體中開挖隧道時,極易引起隧道圍巖失穩(wěn),嚴重還會導致隧道的坍塌。本文以四面山隧道工程為背景,著重分析隧道開挖位置、軟硬互層巖體傾角、巖層厚度對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。在整個分析過程中,首先通過自制的軟硬互層巖體進行室內單軸和三軸壓縮試驗,用來分析軟硬互層巖體的力學特性及變形破壞形態(tài)。然后通過離散元軟件PFC^2D對上述巖體室內單軸及三軸壓縮試驗進行數(shù)值模擬,最后在對四面山軟硬互層巖體隧道開挖進行離散元數(shù)值模擬,通過改變隧道的開挖位置、巖層的傾角、巖層厚度來研究軟硬互層隧道圍巖的裂隙擴展規(guī)律及變形破壞機理的影響。研究內容如下:（1）通過軟硬互層巖體的單軸、三軸加載試驗來研究不同圍壓、不同巖... 

【文章來源】：重慶交通大學重慶市

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

RMT-150C巖石壓縮試驗儀

9產生滑移。在巖層傾角為0°時，當層厚比為2:0.5時，由圖2-4（a）可以看出裂隙幾乎都是貫穿了軟硬層，當層厚較厚時，由（b）可以看出軟硬互層間的貫穿長裂隙較少，更多的是沒有貫穿的短裂隙，圖（c）當巖體破壞時，僅生成微小裂隙保持較好的完整性。當巖層傾角為30°時，巖體的破壞形態(tài)與傾角為0度時有相似的結果，但破碎程度降低。（a）0度、層厚2:0.5（b）0度、層厚2:1（c）0度、層厚2:2（d）30度、層厚2:0.5（e）30度、層厚2:1（f）30度、層厚2:2圖2-3單軸壓縮作用下不同傾角及層厚的軟硬互層巖體試件的破壞形態(tài)由圖2-4單軸壓縮下的應力應變曲線形狀可知，當傾角為0度且層厚比為2：0.5時，視這條曲線為曲線1，軟硬互層巖體在單軸壓縮下與巖石的單軸壓縮應力應變曲線大致一致，在單軸加載的初期階段，巖體存在一段下凹的曲線，這一段屬于微裂隙閉合階段，而后有一段斜線，這一段屬于軟硬互層巖體的彈性變形至微裂縫穩(wěn)定發(fā)展階段，然后有一段下凸的曲線，這一段屬于裂隙非穩(wěn)定和破壞階段，最后巖體到達峰值強度后迅速下降，這一段屬于破壞后階段，根據(jù)曲線1與常規(guī)巖石的應力應變曲線形狀相似可知，軟硬互層巖體中軟層與硬層的交界處是緊密膠結在一起的；再看圖2-4其它巖體的應力應變形狀，當巖體到達一定的強度時，突然有一段強度急速下降的階段，這些曲線與曲線1有著明顯的不同，說明巖體的軟層厚度及巖層的傾角對巖體的力學特性有著明顯的影響。當巖體傾角為0°、30°時，隨著軟層的厚度增加時，巖體的峰值強度也在減小，說明軟硬互層巖體在單軸壓縮時，巖體的傾角使得巖體的峰值強度明顯減小，相同傾角時，軟層厚度的增加也使得峰值強度減校

9產生滑移。在巖層傾角為0°時，當層厚比為2:0.5時，由圖2-4（a）可以看出裂隙幾乎都是貫穿了軟硬層，當層厚較厚時，由（b）可以看出軟硬互層間的貫穿長裂隙較少，更多的是沒有貫穿的短裂隙，圖（c）當巖體破壞時，僅生成微小裂隙保持較好的完整性。當巖層傾角為30°時，巖體的破壞形態(tài)與傾角為0度時有相似的結果，但破碎程度降低。（a）0度、層厚2:0.5（b）0度、層厚2:1（c）0度、層厚2:2（d）30度、層厚2:0.5（e）30度、層厚2:1（f）30度、層厚2:2圖2-3單軸壓縮作用下不同傾角及層厚的軟硬互層巖體試件的破壞形態(tài)由圖2-4單軸壓縮下的應力應變曲線形狀可知，當傾角為0度且層厚比為2：0.5時，視這條曲線為曲線1，軟硬互層巖體在單軸壓縮下與巖石的單軸壓縮應力應變曲線大致一致，在單軸加載的初期階段，巖體存在一段下凹的曲線，這一段屬于微裂隙閉合階段，而后有一段斜線，這一段屬于軟硬互層巖體的彈性變形至微裂縫穩(wěn)定發(fā)展階段，然后有一段下凸的曲線，這一段屬于裂隙非穩(wěn)定和破壞階段，最后巖體到達峰值強度后迅速下降，這一段屬于破壞后階段，根據(jù)曲線1與常規(guī)巖石的應力應變曲線形狀相似可知，軟硬互層巖體中軟層與硬層的交界處是緊密膠結在一起的；再看圖2-4其它巖體的應力應變形狀，當巖體到達一定的強度時，突然有一段強度急速下降的階段，這些曲線與曲線1有著明顯的不同，說明巖體的軟層厚度及巖層的傾角對巖體的力學特性有著明顯的影響。當巖體傾角為0°、30°時，隨著軟層的厚度增加時，巖體的峰值強度也在減小，說明軟硬互層巖體在單軸壓縮時，巖體的傾角使得巖體的峰值強度明顯減小，相同傾角時，軟層厚度的增加也使得峰值強度減校

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同圍壓下花崗巖破裂機制及形狀效應的離散元研究[J]. 黃鋒,李天勇,高嘯也,楊翔,林志.  煤炭學報. 2019(03)
[2]砂土地層盾構隧道穩(wěn)定性三維離散元研究[J]. 王俊,林國進,唐協(xié),何川.  西南交通大學學報. 2018(02)
[3]單軸壓縮下軟硬互層巖石破裂過程的離散元數(shù)值分析[J]. 陳宇龍,張宇寧,李科斌,騰俊洋.  采礦與安全工程學報. 2017(04)
[4]軟硬互層隧道穩(wěn)定性分析及初期支護優(yōu)化[J]. 任松,歐陽汛,姜德義,陳釩.  華中科技大學學報(自然科學版). 2017(07)
[5]基于PFC3D的粗粒土三軸試驗細觀參數(shù)敏感性分析[J]. 李燦,邱紅勝,張志華.  武漢理工大學學報(交通科學與工程版). 2016(05)
[6]基于PFC3D的巖石單軸壓縮變形破壞特征分析[J]. 陶建明,熊承仁,溫韜,胡桂林,謝放.  人民長江. 2016(13)
[7]軟硬互層巖體模型單軸壓縮破損規(guī)律研究[J]. 吳渤,吳立,羅金澤,賈善坡.  水電能源科學. 2015(04)
[8]雙軸壓縮試驗下巖石裂紋擴展的離散元分析[J]. 張社榮,孫博,王超,嚴磊.  巖石力學與工程學報. 2013(S2)
[9]軟硬互層鹽巖變形破損物理模擬試驗研究[J]. 張桂民,李銀平,楊長來,劉偉,施錫林,楊春和.  巖石力學與工程學報. 2012(09)
[10]大理巖三軸壓縮試驗的顆粒流模擬[J]. 姚濤,任偉,闕坤生,王運棟.  土工基礎. 2012(02)

碩士論文
[1]斷層破碎帶隧道圍巖變形破壞機理研究[D]. 高嘯也.重慶交通大學 2017
[2]層狀巖石傾角效應的試驗研究[D]. 鄭蕾.重慶大學 2013
[3]軟硬巖層互層巷道頂板穩(wěn)定性分析[D]. 黃達.太原理工大學 2004



本文編號：3041697