本文關(guān)鍵詞：應(yīng)力釋放與孔壓作用下圓隧圍巖黏彈性變形解析理論

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【摘要】：隨著礦山開采工程、水利水電工程向深部發(fā)展,高地應(yīng)力與高孔隙水壓條件下巖巷長期變形與穩(wěn)定問題日益突出。一方面,高地應(yīng)力區(qū)原巖儲(chǔ)能的逐步釋放,即應(yīng)力釋放作用顯著。另一方面,高孔隙水壓條件下,圍巖的孔壓劣化效應(yīng)也尤為突出,對巖巷長期穩(wěn)定具有極為不利的影響。假設(shè)圍巖的力學(xué)性態(tài)服從分?jǐn)?shù)階Burgers蠕變模型,利用彈性-黏彈性的對應(yīng)原理獲得了在隧洞開挖面空間效應(yīng)下的深埋巖巷圍巖黏彈性蠕變解。進(jìn)而基于Terzaghi有效應(yīng)力原理,建立孔隙水壓作用下軸對稱巖巷的平衡方程,利用平面應(yīng)變理論計(jì)算彈性應(yīng)力場,并在體積應(yīng)變率保持不變下獲得高孔隙水壓劣化Kelvin流變圍巖的黏彈性蠕變解。在論述解析解正確性與優(yōu)越性的基礎(chǔ)上,分析討論了應(yīng)力釋放、孔隙水壓、成洞時(shí)間及更多相關(guān)參數(shù)對軸對稱巖巷蠕變行為的影響規(guī)律。結(jié)果表明:(1)采用分?jǐn)?shù)階Burgers蠕變模型可以充分反映圍巖黏彈性的蠕變特性,其中包含了蠕變的衰減特性與蠕變的穩(wěn)定增長特性;(2)與諸多的蠕變模型,比如鮑埃丁-湯姆遜模型(H/M)、廣義Kelvin模型等的計(jì)算結(jié)果相比,分?jǐn)?shù)階Burgers蠕變模型可以通過改變階次來全面反映不同巖性的圍巖,其中包括硬巖與軟巖的蠕變黏彈性行為。(3)圍巖變形受到開挖面空間效應(yīng)和成洞時(shí)間效應(yīng)的雙重影響,在緊鄰和遠(yuǎn)離開挖面的圍巖蠕變行為中,占主導(dǎo)作用的分別為開挖面空間效應(yīng)和成洞時(shí)間效應(yīng);另外,Hoek方程、Y.L.Lee方程與M.Panet方程均能較好地刻畫與開挖面空間效應(yīng)相關(guān)的應(yīng)力釋放響應(yīng)。(4)洞壁內(nèi)水壓力較小時(shí),孔隙水壓對圍巖質(zhì)量的劣化作用偏弱,洞壁位移發(fā)展較小。隨著孔隙水壓增大,蠕變穩(wěn)定階段逐漸向不穩(wěn)定發(fā)展,尤其在高孔隙水壓作用下圍巖劣化變形能力明顯增大;另外,圍巖蠕變衰減階段過渡到蠕變亞穩(wěn)定階段的時(shí)間尺度基本不受洞壁內(nèi)水壓力的影響。(5)當(dāng)黏滯系數(shù)的取值較大的時(shí)候,巖體蠕變速率的遞減會(huì)越快,圍巖蠕變也就很快進(jìn)入蠕變穩(wěn)定階段;黏滯系數(shù)只對洞壁位移收斂過程產(chǎn)生影響,而對洞壁位移最終收斂量沒有影響;在孔壓劣化效應(yīng)下,巖巷圍巖蠕變對泊松比敏感性較強(qiáng)。(6)采用不同函數(shù)形式,即指數(shù)函數(shù)與冪函數(shù)擬合孔壓劣化效應(yīng)時(shí),其計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了兩種擬合函數(shù)的適用性;值得注意的是,由于不同巖性的巖體蠕變參數(shù)辨識(shí)差異較大,計(jì)算得到的位移以及各蠕變階段所持續(xù)的時(shí)間尺度在定量上存在較大差別,但卻在定性上保持較好的一致性。本研究深化了應(yīng)力釋放與孔壓劣化下軸對稱巖巷時(shí)效變形響應(yīng)的理論理解,為圍巖長期穩(wěn)定性的判斷提供理論支持,希望能帶來方法上的進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】：圍巖蠕變 應(yīng)力釋放 孔隙水壓 時(shí)空效應(yīng) 分?jǐn)?shù)階微積分 黏彈性
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3 本課題的特色與創(chuàng)新之處21-22
• 1.4 本文的研究內(nèi)容22-24
• 第2章 基礎(chǔ)理論與計(jì)算模型24-44
• 2.1 分?jǐn)?shù)階Burgers蠕變模型24-34
• 2.1.1 分?jǐn)?shù)階微積分理論基礎(chǔ)24-26
• 2.1.2 分?jǐn)?shù)階Maxwell模型與Kelvin模型26-33
• 2.1.3 分?jǐn)?shù)階Burgers蠕變模型的構(gòu)建33-34
• 2.2 H/M蠕變模型與廣義Kelvin蠕變模型34-39
• 2.3 開挖面空間效應(yīng)39-40
• 2.4 孔壓劣化效應(yīng)及其蠕變模型40-42
• 2.4.1 黏彈性模量指數(shù)函數(shù)劣變40-41
• 2.4.2 黏彈性模量冪函數(shù)劣變41-42
• 2.5 小結(jié)42-44
• 第3章 應(yīng)力釋放下圓形巖巷黏彈性蠕變變形解析44-76
• 3.1 分?jǐn)?shù)階Burgers流變巖巷黏彈性變形計(jì)算44-49
• 3.1.1 考慮應(yīng)力釋放影響的巖巷圍巖力學(xué)響應(yīng)44
• 3.1.2 分?jǐn)?shù)階Burgers流變巖體巖巷計(jì)算模型44-48
• 3.1.3 分?jǐn)?shù)階Burgers流變巖體巖巷蠕變場計(jì)算48-49
• 3.2 分?jǐn)?shù)階Burgers流變巖體巖巷黏彈性變形分析49-57
• 3.2.1 解析解驗(yàn)證49-54
• 3.2.2 參數(shù)敏感性分析54-57
• 3.3 黏彈性流變巖體巖巷變形的深化分析57
• 3.4 開挖面空間效應(yīng)相關(guān)模型的參數(shù)敏感性探討57-74
• 3.5 小結(jié)74-76
• 第4章 考慮孔隙水壓劣化作用的圍巖黏彈性變形解析76-108
• 4.1 考慮孔隙水壓劣化作用的圍巖黏彈性變形計(jì)算76-83
• 4.1.1 孔隙水壓劣化圍巖計(jì)算模型76-78
• 4.1.2 考慮孔隙水壓影響的圍巖應(yīng)力重分布78-80
• 4.1.3 考慮孔隙水壓劣化作用的圍巖蠕變場計(jì)算80-83
• 4.2 黏彈性模量指數(shù)函數(shù)劣變下圍巖黏彈性變形響應(yīng)分析83-91
• 4.3 黏彈性模量冪函數(shù)劣變下圍巖黏彈性變形響應(yīng)分析91-96
• 4.4 不同巖性下考慮孔隙水壓劣化作用的圍巖黏彈性變形深化分析96-106
• 4.4.1 考慮孔隙水壓劣化作用的凝灰?guī)r類圍巖蠕變特性分析96-103
• 4.4.2 考慮孔隙水壓劣化作用的玄武巖類圍巖蠕變特性分析103-106
• 4.5 小結(jié)106-108
• 第5章 結(jié)論與展望108-110
• 參考文獻(xiàn)110-116
• 致謝116-118
• 個(gè)人簡歷及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與依托課題118

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