本文關鍵詞：腐蝕作用下深部巖體開挖卸荷的數(shù)值模擬

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【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,越來越多的地下工程進入了深部范圍。目前,地下空間的利用已成為了時代發(fā)展的趨勢。深部巖體的開挖是一種卸荷過程,其力學響應過程難以用普通的加載強度準則和破壞理論做出解釋。多場耦合是深部巖體開挖的獨特環(huán)境,本文考慮深部巖體受到地下水腐蝕時,巖石的力學性能發(fā)生變化,影響巖體開挖的變形、圍巖的應力等,開展腐蝕作用下深部巖體開挖卸荷的數(shù)值模擬。本文基于深部巖體開挖的物理模型試驗,建立了巖體開挖的有限元模型。使用ANSYS軟件進行數(shù)值模擬計算,并且與物理模型試驗進行對比。數(shù)值模擬方案如下:整個模型尺寸為30m×30m,開挖的巷道為一個直徑2.6m的半拱形隧道,確定建立模型需要巖石參數(shù)、邊界條件、錨桿的布置、關鍵點的布置等,并且考慮了腐蝕工況、腐蝕程度和開挖深度三個因素,一共建立了26個有限元模型。通過數(shù)值模擬,研究分析深部巖體開挖的巷道變形、圍巖的受力、錨桿支護分析、關鍵點位移等,得到以下結論:1)有限元軟件能夠較好地開展深部巷道腐蝕巖體開挖的數(shù)值模擬研究工作。模擬結果符合實際工程情況,并具有實用性、經(jīng)濟性、可操作性強等優(yōu)點。2)在巖體開挖過程中,對巷道變形以及圍巖受力影響的最大因素是開挖深度,其次是腐蝕工況,腐蝕程度影響最小。巷道的變形和圍巖受力都隨著開挖深度的增加而變大。考慮腐蝕工況的影響,強酸腐蝕對其影響最大,酸性腐蝕次之,中性鹽腐蝕和水腐蝕最小,且后兩者影響區(qū)別甚微;巷道變形值隨著上述腐蝕工況的順序腐蝕程度的降低而減小;巷道圍巖的應力值(第一主應力、第三主應力、Mises應力、剪應力)卻正好相反。3)深部巖體的開挖存在巖爆傾向。巖爆一般發(fā)生在半拱巷道的拱兩側和巷道底部兩側,巷道的開挖深度越大,巖爆現(xiàn)象越明顯。巖爆發(fā)生的范圍隨著腐蝕程度的增加而降低,但相同的深度作用下其影響區(qū)別不大。不同的腐蝕情況會影響巷道的巖爆,強酸腐蝕作用下,巷道內(nèi)壁巖石破壞范圍最大,酸性腐蝕次之,無腐蝕最小。4)錨桿的支護作用能有效的控制和減小巷道圍巖的變形。經(jīng)過對錨桿的受力狀況研究分析發(fā)現(xiàn),鋼筋的應力值在拱頂、拱肩、底角處達到極值。從拱頂?shù)焦凹?應力值小幅度的變化;從拱肩到底角,鋼筋應力值迅速減小;從底角往底部中點迅速增大。強酸作用對錨桿鋼筋應力的影響最大,酸性腐蝕次之,中性腐蝕和水腐蝕最小。
【學位授予單位】：華東交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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