本文選題：分區(qū)破裂化　切入點：時空分布　出處：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：深部巖體賦存環(huán)境復(fù)雜,高地應(yīng)力以及裂隙使其表現(xiàn)出與淺層巖體大為不同的變形破壞機理,分區(qū)破裂化現(xiàn)象就是其中之一。洞室開挖形成過程中,每個施工步圍巖變形都會發(fā)生變化,因此圍巖分區(qū)破裂是與時間和空間都相關(guān)的過程。由于分區(qū)破裂化時空演化特征尚未明確,可能導(dǎo)致洞室開挖后支護設(shè)計不合理以及支護時機選擇不合理等諸多問題。目前對洞室開挖過程中分區(qū)破裂的時空分布研究較少,因此迫切需要開展深埋洞室圍巖分區(qū)破裂時空特征的研究。本文針對分區(qū)破裂化的兩個主要影響因素,即深部巖體峰后力學(xué)特性以及洞室開挖過程開挖面周圍主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)進行研究,做了以下工作:①考慮深部巖體峰后力學(xué)特性,引入內(nèi)變量梯度理論,在分析材料本構(gòu)關(guān)系時加入梯度項以考慮周圍點對材料變形的影響。通過平面應(yīng)變分析,獲得靜水和非靜水壓力條件下洞室圍巖中等效非彈性應(yīng)變解,得到洞室圍巖內(nèi)部各點等效非彈性應(yīng)變的分布規(guī)律。②考慮地下洞室是一個逐步開挖的過程,洞室開挖卸荷后造成開挖面周圍主應(yīng)力發(fā)生旋轉(zhuǎn),圍巖的應(yīng)力和變形將隨著開挖面的前進不斷變化。通過數(shù)值模擬計算,分析不同初始地應(yīng)力以及不同空間位置處,洞室圍巖縱剖面上距開挖面不同距離應(yīng)力的變化規(guī)律。并將洞室未開挖部分假設(shè)為半空間問題,利用Hankel積分變換獲得未開挖部分各點的解。通過對洞室已開挖部分和未開挖部分的分析,建立深埋洞室開挖過程分區(qū)破裂化三維模型,獲得分區(qū)破裂的時空分布特征。③基于開挖過程分區(qū)破裂化三維模型,對分區(qū)破裂時空分布特征影響因素進行參數(shù)敏感性分析。通過對不同初始地應(yīng)力、內(nèi)變量參數(shù)以及開挖速度進行分析,得到分區(qū)破裂化圍巖中破裂區(qū)的數(shù)量、寬度和延伸長度的變化規(guī)律以及開挖中破裂區(qū)的演化過程。④將深埋洞室開挖過程分區(qū)破裂化三維模型運用于實際工程,模擬新汶礦區(qū)孫村礦巷道圍巖中破裂區(qū)分布特征,并與現(xiàn)場探測結(jié)果進行對比分析,驗證該模型的可行性與可靠性,揭示現(xiàn)場實際情況下分區(qū)破裂化的產(chǎn)生機制以及影響因素。
[Abstract]:Because of the complex environment of deep rock mass, the deformation and failure mechanism of deep rock mass is different from that of shallow rock mass due to its high in-situ stress and fissure. The phenomenon of zonal fracture is one of them, and in the course of excavation, the deformation and failure mechanism of deep rock mass is different from that of shallow rock mass. The deformation of surrounding rock changes in every construction step, so the zonal fracture of surrounding rock is a process related to both time and space. It may lead to many problems such as unreasonable design of support after excavation and unreasonable choice of supporting timing, etc. At present, there are few researches on the spatial and temporal distribution of zone rupture during excavation of cavern. Therefore, there is an urgent need to study the space-time characteristics of the zonal rupture of the surrounding rock of the deep buried cavern. This paper aims at two main influencing factors of the zonal rupture. That is, the post-peak mechanical properties of deep rock mass and the rotation of principal stress around the excavation face during excavation process of deep rock mass are studied. The following work is done: 1. Considering the post-peak mechanical characteristics of deep rock mass, the internal variable gradient theory is introduced. In order to consider the influence of surrounding points on the deformation of materials, the equivalent inelastic strain solutions in the surrounding rock of caverns under hydrostatic and non-hydrostatic pressure conditions are obtained by plane strain analysis. The distribution law of equivalent inelastic strain at each point in surrounding rock of the cavern is obtained. 2 considering that underground cavern is a gradual excavation process, the main stress around the excavating surface is rotated after excavation and unloading. The stress and deformation of surrounding rock will change with the advance of excavation surface. The variation law of stress in different distance from excavation surface on longitudinal section of surrounding rock of cavern is assumed to be a half-space problem, and the unexcavated part of cavern is assumed to be a half-space problem. The Hankel integral transformation is used to obtain the solutions of each point of the unexcavated part. Through the analysis of the excavated part and the unexcavated part of the tunnel, a three-dimensional model of the subdivision rupture of the deep buried cavern is established. Based on the three dimensional model of zonal rupture during excavation, the parameter sensitivity analysis of the factors affecting the spatial and temporal distribution of zonal rupture is carried out. 3. Through the analysis of different initial in-situ stresses, the characteristics of spatiotemporal distribution of zonal rupture are obtained. By analyzing the parameters of internal variables and the speed of excavation, the number of fracturing areas in partitioned fractured surrounding rock is obtained. The variation law of width and extension length and the evolution process of fracture zone during excavation. 4. The three-dimensional model of subdivision rupture in the excavation process of deep buried cavern is applied to actual engineering to simulate the distribution characteristics of fracture zone in the surrounding rock of the roadway of Suncun mine in Xinwen mining area. The feasibility and reliability of the model are verified by comparing with the field detection results, and the mechanism and influencing factors of the zonal rupture are revealed in the actual situation of the field.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU45

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本文編號：1683354