本文關(guān)鍵詞：節(jié)理地層隧道塌方演化規(guī)律的離散元研究

  更多相關(guān)文章： 節(jié)理 室內(nèi)試驗 PFC~(2D) 數(shù)值模擬 深埋隧道

【摘要】：這十年來,交通擁堵越來越成為大城市病中最突出的一個。各大城市為了緩解交通壓力,競相開發(fā)地下空間,隧道修建愈演愈烈。隧道工程中所遇到的情況愈發(fā)復(fù)雜,尤其是在節(jié)理發(fā)育地層中進行隧道開挖給施工帶來了巨大的難度和風險。從大部分隧道工程事故原因調(diào)查來看,節(jié)理發(fā)育巖體的破壞是從不連續(xù)面擴展開始的,逐漸出現(xiàn)大的變形和位移,最后致使塌方發(fā)生。所以,探究節(jié)理巖體的力學特性對實際工程有著顯著的幫助。本文首先通過室內(nèi)試驗研究新鮮砂巖的強度變形特征以及人工預(yù)制節(jié)理面的抗剪強度,并研究了不同傾角節(jié)理面對新鮮砂巖強度變形特征的影響,然后利用顆粒流數(shù)值模擬軟件PFC~(2D)對新鮮砂巖的三軸壓縮試驗、節(jié)理面直剪試驗以及不同傾角的節(jié)理砂巖的三軸壓縮試驗進行仿真模擬,建立新鮮砂巖及人工預(yù)制節(jié)理面宏細觀參數(shù)間的對應(yīng)關(guān)系,最后對節(jié)理地層深埋隧道的開挖過程進行模擬,研究了不同傾角節(jié)理對隧道圍巖變形破壞特征的影響,并對開挖后襯砌支護的效果進行了定性分析。具體說來如下:(1)通過巖石常規(guī)三軸壓縮試驗,獲得完整砂巖的力學特性,為分析節(jié)理對完整砂巖力學特性的影響提供依據(jù);通過節(jié)理面的直接剪切試驗,獲得節(jié)理面的力學特性,為分析節(jié)理存在對深埋隧道開挖圍巖變形的影響提供依據(jù);通過不同節(jié)理傾角砂巖的三軸壓縮試驗,獲得不同節(jié)理傾角條件下砂巖的變形破壞規(guī)律,為分析不同傾角節(jié)理地層中隧道開挖后圍巖的變形演化規(guī)律提供依據(jù)。(2)利用顆粒流數(shù)值模擬軟件PFC~(2D)開展一系列數(shù)值模擬試驗,對上述室內(nèi)試驗進行仿真模擬,建立新鮮砂巖及人工預(yù)制節(jié)理面宏細觀強度變形參數(shù)間的對應(yīng)關(guān)系。(3)基于室內(nèi)試驗仿真模擬的結(jié)果,對節(jié)理地層深埋隧道的受力進行模擬,分析不同傾角節(jié)理地層中隧道圍巖的變形破壞演化特征,并從細觀機制解釋了隧道垮塌的原因,通過對比有襯砌支護時隧道圍巖的變形演化規(guī)律,表明襯砌對隧道圍巖變形有明顯的抑制作用,支護可保證隧道的安全。
【關(guān)鍵詞】：節(jié)理 室內(nèi)試驗 PFC~(2D) 數(shù)值模擬 深埋隧道
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U458.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究意義10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 節(jié)理巖體力學性質(zhì)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 節(jié)理巖體模擬的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 離散單元法模擬節(jié)理巖體的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線13-14
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容13
• 1.3.2 技術(shù)路線13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-16
• 第二章 離散元方法及節(jié)理面力學分析理論16-32
• 2.1 離散元方法(Discrete Element Method)概述16-18
• 2.1.1 離散元法的基本原理16
• 2.1.2 離散元法的發(fā)展歷程16-17
• 2.1.3 幾種常用的數(shù)值模擬方法對比17-18
• 2.2 顆粒流程序PFC(Particle Flow Code)18-25
• 2.2.1 顆粒流程序PFC概述18
• 2.2.2 PFC~(2D)/3D基本假定18
• 2.2.3 顆粒流程序PFC的基本原理18-21
• 2.2.4 顆粒流的接觸模型21-24
• 2.2.5 邊界條件的施加24
• 2.2.6 顆粒流細觀參數(shù)影響分析24-25
• 2.3 顆粒流數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢25-26
• 2.3.1 應(yīng)用PFC~(2D)/3D存在的難點25-26
• 2.3.2 顆粒流方法的發(fā)展趨勢26
• 2.4 節(jié)理面力學分析理論26-29
• 2.4.1 節(jié)理面的變形特性26-28
• 2.4.2 節(jié)理面的強度特性28-29
• 2.5 PFC~(2D)中節(jié)理面的生成29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-32
• 第三章 砂巖及人工節(jié)理面強度變形特征的室內(nèi)試驗研究32-40
• 3.1 試驗?zāi)康?/span>32
• 3.2 新鮮砂巖的三軸壓縮試驗32-36
• 3.2.1 三軸壓縮試驗的基本原理32
• 3.2.2 三軸壓縮試驗過程32-33
• 3.2.3 新鮮砂巖三軸壓縮試驗結(jié)果及分析33-36
• 3.3 節(jié)理面直剪試驗36-38
• 3.3.1 節(jié)理面直剪試驗的基本原理36
• 3.3.2 節(jié)理面直剪試驗過程36-37
• 3.3.3 節(jié)理面直剪試驗結(jié)果及分析37-38
• 3.4 節(jié)理砂巖三軸壓縮試驗38-39
• 3.4.1 節(jié)理砂巖三軸壓縮試驗過程38
• 3.4.2 節(jié)理砂巖三軸壓縮試驗結(jié)果及分析38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 基于室內(nèi)試驗的顆粒流數(shù)值模擬40-62
• 4.1 顆粒流模擬室內(nèi)試驗的基本原理40-42
• 4.1.1 顆粒流模擬室內(nèi)試驗的基本步驟40
• 4.1.2 伺服機制控制圍壓穩(wěn)定的基本原理40-41
• 4.1.3 加載速度的控制標準41-42
• 4.2 新鮮砂巖三軸壓縮試驗的顆粒流模擬42-51
• 4.2.1 新鮮砂巖三軸壓縮試驗的顆粒流模型42-43
• 4.2.2 模型邊界條件43-44
• 4.2.3 細觀力學參數(shù)44
• 4.2.4 模擬結(jié)果及分析44-51
• 4.3 節(jié)理砂巖直剪試驗的顆粒流模擬51-54
• 4.3.1 節(jié)理砂巖直剪試驗的顆粒流模型51-52
• 4.3.2 模型邊界條件52
• 4.3.3 細觀力學參數(shù)52-53
• 4.3.4 模擬結(jié)果及分析53-54
• 4.4 節(jié)理砂巖三軸壓縮試驗的顆粒流模擬54-60
• 4.4.1 節(jié)理砂巖三軸壓縮試驗的顆粒流模型54
• 4.4.2 模型邊界條件54
• 4.4.3 細觀力學參數(shù)54-55
• 4.4.4 模擬結(jié)果及分析55-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 節(jié)理地層隧道塌方演化規(guī)律的離散元模擬62-74
• 5.1 項目背景62
• 5.2 計算模型62-64
• 5.3 細觀力學參數(shù)64-65
• 5.4 邊界條件65
• 5.5 隧道開挖模擬及結(jié)果分析65-70
• 5.6 襯砌支護設(shè)計及效果分析70-73
• 5.7 本章小結(jié)73-74
• 第六章 結(jié)論及展望74-78
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 展望75-78
• 致謝78-80
• 參考文獻80-84
• 攻讀學位期間取得的研究成果84

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本文編號：911732