基于改進單元安全度ZSI的富水區(qū)隧道穩(wěn)定性分析
發(fā)布時間：2021-12-11 18:26
隨著交通運輸需求的增加,中國的隧道工程區(qū)域分布越來越廣泛,數(shù)量亦隨之增加。在隧道開挖過程中,復雜的地質(zhì)和地下水情況嚴重影響了隧道圍巖的穩(wěn)定性,同時,增加了現(xiàn)場施工難度,提高了工程成本。然而現(xiàn)階段圍巖穩(wěn)定性評價指標尚不完善,對其進行深入研究具有重要意義。本文針對富水區(qū)隧道圍巖穩(wěn)定性從以下幾個方面進行研究:（1）在現(xiàn)有的屈服、破壞接近度的基礎上,通過單元應力應變狀態(tài)表征單元安全程度,推導出基于遍布節(jié)理模型的改進單元安全度（ZSIsu）公式,通過FISH語言編制ZSIsu程序,并在FLAC3D有限元軟件中進行驗證,進而對節(jié)理分布較均勻巖體的安全性進行評價,同時研究了節(jié)理傾角對ZSIsu的影響規(guī)律。（2）針對破碎程度不同的節(jié)理巖體,推導了 Hoek-Brown準則和Mohr-Coulomb準則的參數(shù)等效關系式,推導并編寫了基于Hoek-Brown準則的改進單元安全度（ZSIhb）程序。在有限元軟件FLAC3D和MIDAS中運行程序,對比說明程序的正確性,并分析了 Hoek-Brown準則強度參數(shù)對ZSIhb的影響。（3）將ZSIsu程序與巖體滲透系數(shù)結合,推導出單元滲透系數(shù)隨單元屈服破壞程度變...
【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：91 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２．１節(jié)理弱面局部坐標??Ｆｉｇ．?２．１?Ｌｏｃａｌ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ?ｏｆ?ａ?ｗｅａｋ?ｊｏｉｎｔ?ｐｌａｎｅ??
??軟化路徑形成。因此，該模型既能定義節(jié)理的走向，又能描述單元和節(jié)理發(fā)生屈服后，??強度參數(shù)硬化／軟化的程度。當巖體和節(jié)理未發(fā)生屈服破壞時，強度參數(shù)黏聚力、內(nèi)摩擦??角、抗拉強度保持不變，一旦巖體和節(jié)理出現(xiàn)屈服破壞現(xiàn)象，強度參數(shù)根據(jù)應變硬化／軟??化參數(shù)進行弱化。其中，黏聚力、內(nèi)摩擦角的應變硬化／軟化參數(shù)與塑性剪切應變相關，??抗拉強度的應變硬化／軟化參數(shù)與塑性張拉應變相關。??（１）強度準則??ＦＬＡＣ３Ｄ中規(guī)定壓應力為負值，拉應力為正值，巖土體破壞準則在??主應力平面內(nèi)顯示如圖２．２。巖土體破壞包絡線由兩個剪切破壞準則／／＝０（ＡＢ段）、??／ｓ＝〇?（ＢＣ段）及一個張拉破壞準則／＝０（ＣＤ段）構成。ＡＢ、ＢＣ剪切破壞段分別由兩個??特征值黏聚力ｃ２、Ｃ１和摩擦角％、的進行描述，ＣＤ拉伸破壞段由抗拉強度Ａ正值）表??示。表達式如下：??＇卜?（２３）??ｆｌ?＝ｃｊ３－?＆?（２．４）??式中：ｃ為黏聚力（Ｐａ）；?ｐ為巖體內(nèi)摩檫角；（ｊ３為最小主應力（Ｐａ）；?ｑ為最大主應??力（Ｐａ）；?Ｖ為抗拉強度（Ｐａ）；?＝（ｌ?＋?ｓｉｎ＃）／（ｌ?—ｓｉｎ＃）。??ｃ２／ｔａｎ?＾?２??ａ?ｃ，／ｔａｎ＾，??圖２．２巖土介質(zhì)破壞準則??Ｆｉｇ．?２．２?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｃｒｉｔｅｒｉａ?ｏｆ?ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ??－１１?－??
?基于改進單元安全度ＺＳＩ的富水區(qū)隧道穩(wěn)定性分析???同樣，節(jié)理弱面破壞包絡線對應兩個剪切破壞準則廣＝〇（ＡＢ段）、ｙｒ＝〇（ＢＣ段）??及一個張拉破壞準則／＇＝〇（ＣＤ段），如圖２．３所示。ＡＢ、ＢＣ段分別由黏聚力ｃ／２、Ｃ＿／１??和摩擦角＿、你描述，ＣＤ段由抗拉強度〇／（正值）表不。具體表達式如Ｆ：??ｆｓ?＝?ｒ?＋?ｃｒ２２?ｔａｎ＾．?－Ｃｊ?（２．５）??ｆ?＝ａ２ｉ－ａ，ｊ?（２．６）??式中：ｃｙ為黏聚力（Ｐａ）；?Ｗ為巖體內(nèi)摩擦角；＜７／為抗拉強度（Ｐａ）；?ｒ為節(jié)理面剪切應??力（Ｐａ）；?為節(jié)理弱面在局部坐標系下中間主應力。對于摩擦角防！不為零的節(jié)理弱面，??抗拉強度最大值為＝ｃ；１?／ｔａｎＡ。??圖２．３節(jié)理弱面破壞準則??Ｆｉｇ．?２．３?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ?ｏｆ?ｊｏｉｎｔ?ｗｅａｋ?ｓｕｒｆａｃｅ??（２）軟／硬化參數(shù)??雙線性應變硬化／軟化遍布節(jié)理模型中，單元一旦發(fā)生塑性屈服，強度參數(shù)（黏聚力、??內(nèi)摩擦角、抗拉強度）將在對應的峰值和殘余值范圍內(nèi)進行線性調(diào)整。在考慮巖體和節(jié)理??硬化／軟化時，定義了四個獨立的硬化／軟化參數(shù)：??（ａ）Ｐ：用以計算巖土體材料的塑性剪切應變，用來調(diào)整黏聚力和內(nèi)摩擦角；??（ｂ）?＆用以計算巖土體材料的塑性體積拉應變，用來調(diào)整抗拉強度；??（ｃ）Ｖ：用以計算節(jié)理的塑性剪切應變，用來調(diào)整節(jié)理的黏聚力和內(nèi)摩擦角；??（ｄ）／ｔ／：用以計算節(jié)理的塑性體積拉應變，用來調(diào)整節(jié)理的抗拉強度。??四個硬化／軟化參數(shù)均定義成塑性應變增量和的形式，各個增量由計算域內(nèi)三角形??的硬化／軟化增量平均值而得。巖土體硬化／軟化參數(shù)Ｐ、Ｖ計算公式如式（２
【參考文獻】：
期刊論文
[1]突變理論在地質(zhì)力學模型試驗失穩(wěn)判據(jù)中的應用[J]. 董建華,張林,徐遠飛,陳建葉,劉玉琨. 工程科學與技術. 2017(04)
[2]基于單元狀態(tài)指標的盾構隧道水-力耦合模擬分析[J]. 馬春景,姜諳男,江宗斌,王善勇. 巖土力學. 2017(06)
[3]基于廣義Hoek-Brown準則的節(jié)理巖體強度及變形參數(shù)隨機分析[J]. 程愛平,肖術,許夢國,王平,劉艷章. 巖土力學. 2017(01)
[4]玄武巖纖維混凝土隧道襯砌承載特性模型試驗研究[J]. 崔光耀,王道遠,倪嵩陟,朱長安,袁金秀,周濟民. 巖土工程學報. 2017(02)
[5]十字巖柱法隧道開挖地質(zhì)力學模型試驗研究[J]. 劉泉聲,雷廣峰,肖龍鴿,王俊濤,張靜. 巖石力學與工程學報. 2016(05)
[6]巖石彈塑性應力-滲流-損傷耦合模型研究（Ⅱ）:參數(shù)反演及數(shù)值模擬[J]. 王軍祥,姜諳男,宋戰(zhàn)平. 巖土力學. 2015(12)
[7]跨斷層隧道圍巖漸進性破壞模型試驗及數(shù)值模擬[J]. 徐前衛(wèi),程盼盼,朱合華,丁文其,李元海,王婉婷,羅云. 巖石力學與工程學報. 2016(03)
[8]公路隧道開挖問題的復變函數(shù)解及應用[J]. 鄧濤,魏雯,關振長,繆圓冰. 中國公路學報. 2015(10)
[9]基于尖點突變理論的非均質(zhì)土坡失穩(wěn)判據(jù)分析[J]. 史俊濤,孔思麗,賀俊,黃春暉. 長江科學院院報. 2015(05)
[10]基于廣義Hoek-Brown強度準則的巖體應變軟化行為模型[J]. 韓建新,李術才,汪雷,張永偉,楊為民. 中南大學學報(自然科學版). 2013(11)
博士論文
[1]基于不確定性理論的隧道圍巖穩(wěn)定性及風險分析研究[D]. 張永杰.湖南大學 2010
[2]基于破壞接近度的巖石工程安全性評價方法的研究[D]. 張傳慶.中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所） 2006
[3]隧道結構失穩(wěn)及判據(jù)研究[D]. 陳先國.西南交通大學 2002
碩士論文
[1]巖石破壞滲流機理的實驗及數(shù)值模擬研究[D]. 劉洪磊.東北大學 2008
本文編號：3535171
【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：91 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２．１節(jié)理弱面局部坐標??Ｆｉｇ．?２．１?Ｌｏｃａｌ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ?ｏｆ?ａ?ｗｅａｋ?ｊｏｉｎｔ?ｐｌａｎｅ??
??軟化路徑形成。因此，該模型既能定義節(jié)理的走向，又能描述單元和節(jié)理發(fā)生屈服后，??強度參數(shù)硬化／軟化的程度。當巖體和節(jié)理未發(fā)生屈服破壞時，強度參數(shù)黏聚力、內(nèi)摩擦??角、抗拉強度保持不變，一旦巖體和節(jié)理出現(xiàn)屈服破壞現(xiàn)象，強度參數(shù)根據(jù)應變硬化／軟??化參數(shù)進行弱化。其中，黏聚力、內(nèi)摩擦角的應變硬化／軟化參數(shù)與塑性剪切應變相關，??抗拉強度的應變硬化／軟化參數(shù)與塑性張拉應變相關。??（１）強度準則??ＦＬＡＣ３Ｄ中規(guī)定壓應力為負值，拉應力為正值，巖土體破壞準則在??主應力平面內(nèi)顯示如圖２．２。巖土體破壞包絡線由兩個剪切破壞準則／／＝０（ＡＢ段）、??／ｓ＝〇?（ＢＣ段）及一個張拉破壞準則／＝０（ＣＤ段）構成。ＡＢ、ＢＣ剪切破壞段分別由兩個??特征值黏聚力ｃ２、Ｃ１和摩擦角％、的進行描述，ＣＤ拉伸破壞段由抗拉強度Ａ正值）表??示。表達式如下：??＇卜?（２３）??ｆｌ?＝ｃｊ３－?＆?（２．４）??式中：ｃ為黏聚力（Ｐａ）；?ｐ為巖體內(nèi)摩檫角；（ｊ３為最小主應力（Ｐａ）；?ｑ為最大主應??力（Ｐａ）；?Ｖ為抗拉強度（Ｐａ）；?＝（ｌ?＋?ｓｉｎ＃）／（ｌ?—ｓｉｎ＃）。??ｃ２／ｔａｎ?＾?２??ａ?ｃ，／ｔａｎ＾，??圖２．２巖土介質(zhì)破壞準則??Ｆｉｇ．?２．２?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｃｒｉｔｅｒｉａ?ｏｆ?ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ??－１１?－??
?基于改進單元安全度ＺＳＩ的富水區(qū)隧道穩(wěn)定性分析???同樣，節(jié)理弱面破壞包絡線對應兩個剪切破壞準則廣＝〇（ＡＢ段）、ｙｒ＝〇（ＢＣ段）??及一個張拉破壞準則／＇＝〇（ＣＤ段），如圖２．３所示。ＡＢ、ＢＣ段分別由黏聚力ｃ／２、Ｃ＿／１??和摩擦角＿、你描述，ＣＤ段由抗拉強度〇／（正值）表不。具體表達式如Ｆ：??ｆｓ?＝?ｒ?＋?ｃｒ２２?ｔａｎ＾．?－Ｃｊ?（２．５）??ｆ?＝ａ２ｉ－ａ，ｊ?（２．６）??式中：ｃｙ為黏聚力（Ｐａ）；?Ｗ為巖體內(nèi)摩擦角；＜７／為抗拉強度（Ｐａ）；?ｒ為節(jié)理面剪切應??力（Ｐａ）；?為節(jié)理弱面在局部坐標系下中間主應力。對于摩擦角防！不為零的節(jié)理弱面，??抗拉強度最大值為＝ｃ；１?／ｔａｎＡ。??圖２．３節(jié)理弱面破壞準則??Ｆｉｇ．?２．３?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ?ｏｆ?ｊｏｉｎｔ?ｗｅａｋ?ｓｕｒｆａｃｅ??（２）軟／硬化參數(shù)??雙線性應變硬化／軟化遍布節(jié)理模型中，單元一旦發(fā)生塑性屈服，強度參數(shù)（黏聚力、??內(nèi)摩擦角、抗拉強度）將在對應的峰值和殘余值范圍內(nèi)進行線性調(diào)整。在考慮巖體和節(jié)理??硬化／軟化時，定義了四個獨立的硬化／軟化參數(shù)：??（ａ）Ｐ：用以計算巖土體材料的塑性剪切應變，用來調(diào)整黏聚力和內(nèi)摩擦角；??（ｂ）?＆用以計算巖土體材料的塑性體積拉應變，用來調(diào)整抗拉強度；??（ｃ）Ｖ：用以計算節(jié)理的塑性剪切應變，用來調(diào)整節(jié)理的黏聚力和內(nèi)摩擦角；??（ｄ）／ｔ／：用以計算節(jié)理的塑性體積拉應變，用來調(diào)整節(jié)理的抗拉強度。??四個硬化／軟化參數(shù)均定義成塑性應變增量和的形式，各個增量由計算域內(nèi)三角形??的硬化／軟化增量平均值而得。巖土體硬化／軟化參數(shù)Ｐ、Ｖ計算公式如式（２
【參考文獻】：
期刊論文
[1]突變理論在地質(zhì)力學模型試驗失穩(wěn)判據(jù)中的應用[J]. 董建華,張林,徐遠飛,陳建葉,劉玉琨. 工程科學與技術. 2017(04)
[2]基于單元狀態(tài)指標的盾構隧道水-力耦合模擬分析[J]. 馬春景,姜諳男,江宗斌,王善勇. 巖土力學. 2017(06)
[3]基于廣義Hoek-Brown準則的節(jié)理巖體強度及變形參數(shù)隨機分析[J]. 程愛平,肖術,許夢國,王平,劉艷章. 巖土力學. 2017(01)
[4]玄武巖纖維混凝土隧道襯砌承載特性模型試驗研究[J]. 崔光耀,王道遠,倪嵩陟,朱長安,袁金秀,周濟民. 巖土工程學報. 2017(02)
[5]十字巖柱法隧道開挖地質(zhì)力學模型試驗研究[J]. 劉泉聲,雷廣峰,肖龍鴿,王俊濤,張靜. 巖石力學與工程學報. 2016(05)
[6]巖石彈塑性應力-滲流-損傷耦合模型研究（Ⅱ）:參數(shù)反演及數(shù)值模擬[J]. 王軍祥,姜諳男,宋戰(zhàn)平. 巖土力學. 2015(12)
[7]跨斷層隧道圍巖漸進性破壞模型試驗及數(shù)值模擬[J]. 徐前衛(wèi),程盼盼,朱合華,丁文其,李元海,王婉婷,羅云. 巖石力學與工程學報. 2016(03)
[8]公路隧道開挖問題的復變函數(shù)解及應用[J]. 鄧濤,魏雯,關振長,繆圓冰. 中國公路學報. 2015(10)
[9]基于尖點突變理論的非均質(zhì)土坡失穩(wěn)判據(jù)分析[J]. 史俊濤,孔思麗,賀俊,黃春暉. 長江科學院院報. 2015(05)
[10]基于廣義Hoek-Brown強度準則的巖體應變軟化行為模型[J]. 韓建新,李術才,汪雷,張永偉,楊為民. 中南大學學報(自然科學版). 2013(11)
博士論文
[1]基于不確定性理論的隧道圍巖穩(wěn)定性及風險分析研究[D]. 張永杰.湖南大學 2010
[2]基于破壞接近度的巖石工程安全性評價方法的研究[D]. 張傳慶.中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所） 2006
[3]隧道結構失穩(wěn)及判據(jù)研究[D]. 陳先國.西南交通大學 2002
碩士論文
[1]巖石破壞滲流機理的實驗及數(shù)值模擬研究[D]. 劉洪磊.東北大學 2008
本文編號：3535171
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/daoluqiaoliang/3535171.html
