本文選題：深埋隧洞 + 蠕變力學(xué)行為�。� 參考：《天津大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：某輸水隧洞埋深大、洞線長(zhǎng)、隧洞沿線工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變,設(shè)計(jì)和施工難度較大。該工程的粉砂質(zhì)泥巖段為全線埋深最大的洞段,整體埋深在1650m~2320m范圍內(nèi),地應(yīng)力水平高,面臨突出的巖爆問(wèn)題。此外,高地應(yīng)力賦存環(huán)境下巖石的力學(xué)行為與常規(guī)條件下有較大區(qū)別,室內(nèi)試驗(yàn)表明粉砂質(zhì)泥巖在高應(yīng)力下會(huì)表現(xiàn)出較為明顯的流變效應(yīng)。長(zhǎng)期流變下支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定性不易得到保證,需開展專門研究。本文即針對(duì)該洞段的兩個(gè)突出問(wèn)題——巖石的蠕變力學(xué)行為及巖爆問(wèn)題展開研究,所做的主要工作及主要成果如下:(1)建立了符合工程區(qū)粉砂質(zhì)泥巖蠕變特性的非線性蠕變模型。通過(guò)研究見諸文獻(xiàn)的15種常見流變力學(xué)模型的流變特性并與依托工程粉砂質(zhì)泥巖室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)曲線進(jìn)行比對(duì)分析,最終采用改進(jìn)伯格斯(Burgers)模型建立了粉砂質(zhì)泥巖的非線性蠕變模型;基于Origin的自定義函數(shù)擬合功能將改進(jìn)伯格斯模型的蠕變方程嵌入到Origin的函數(shù)庫(kù)中并采用Levenberg-Marquardt(L-M)算法成功識(shí)別出模型的流變參數(shù)。(2)基于ABAQUS的二次開發(fā)平臺(tái),利用Fortran語(yǔ)言編寫了改進(jìn)伯格斯模型的用戶材料子程序。詳細(xì)推導(dǎo)了改進(jìn)伯格斯(Burgers)模型的蠕變求解公式,并給出了該模型的程序開發(fā)框圖,進(jìn)而基于ABAQUS的二次開發(fā)平臺(tái)采用Fortran語(yǔ)言成功編寫了改進(jìn)Burgers模型的UMAT子程序;利用所開發(fā)的用戶材料子程序?qū)κ覂?nèi)單軸/三軸試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合,證明了程序開發(fā)的正確性和有效性。(3)在充分考慮巖體流變效應(yīng)的基礎(chǔ)上,確定了依托工程粉砂質(zhì)泥巖段的合適支護(hù)時(shí)機(jī),建議隧洞在開挖150天左右時(shí)施做二次支護(hù)。基于所開發(fā)的子程序分析了無(wú)支護(hù)條件下粉砂質(zhì)泥巖洞段的蠕變過(guò)程,發(fā)現(xiàn)對(duì)于1700m、2000m和2320m埋深的洞段,隧洞開挖后圍巖的初始變形分別占最終穩(wěn)定變形的40.4%、46.0%和51.19%,且粉砂質(zhì)泥巖的流變變形主要發(fā)生在前6個(gè)月。此外,對(duì)比研究了二次支護(hù)不同支護(hù)時(shí)機(jī)下(隧洞開挖后90天、120天及150天)隧洞的變形、塑性變形及管片結(jié)構(gòu)受力的變化規(guī)律,并建議二次支護(hù)在隧洞開挖150天左右時(shí)施做。(4)采用多種“應(yīng)力強(qiáng)度比\強(qiáng)度應(yīng)力比”巖爆判據(jù)綜合評(píng)定了依托工程粉砂質(zhì)泥巖洞段的巖爆可能性和巖爆等級(jí)。綜合采用規(guī)范法、Russense系數(shù)法、谷-陶判據(jù)等多個(gè)判據(jù)對(duì)粉砂質(zhì)泥巖段的巖爆可能性進(jìn)行了分析,各個(gè)判據(jù)的結(jié)果均表明:粉砂質(zhì)泥巖洞段具有發(fā)生強(qiáng)烈?guī)r爆的可能性,可能會(huì)伴有嚴(yán)重片幫等嚴(yán)重的圍巖破壞現(xiàn)象;(5)以加拿大地下試驗(yàn)室Mine-by試驗(yàn)隧道花崗巖的脆性破壞為例,對(duì)比研究了5種巖石本構(gòu)模型對(duì)圍巖脆性破壞范圍的預(yù)測(cè)效果,揭示了圍巖的脆性破壞機(jī)理并據(jù)此對(duì)依托工程粉砂質(zhì)泥巖段的圍巖破壞范圍進(jìn)行了模擬。采用彈性模型、理想彈塑性、CWFS模型、CSFH模型及基于Hoek-Brown模型的m-0準(zhǔn)則對(duì)加拿大地下實(shí)驗(yàn)室Mine-by試驗(yàn)隧道的圍巖破壞情形進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)可以考慮圍巖破損過(guò)程中材料力學(xué)性能劣化的CWFS模型、CSFH模型及m-0準(zhǔn)則可較好地模擬硬巖的脆性破壞范圍。其中CWFS模型的模擬結(jié)果及其對(duì)硬巖脆性破壞機(jī)理的描述與實(shí)際情況最為相符。最后,采用CWFS模型及m-0準(zhǔn)則對(duì)依托工程粉砂質(zhì)泥巖段的圍巖破壞范圍進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
[Abstract]:This paper studies the creep mechanics behavior and rock burst problem of silty mudstone under high stress . The results of this paper are as follows : ( 1 ) To establish a nonlinear creep model to improve the creep property of silty mudstone under high stress . ( 4 ) The rock burst possibility and the rock burst level of the silty mudstone are evaluated synthetically by using multiple criteria such as stress intensity ratio and strength stress ratio . The results of each criterion show that the CWFS model , the CSFH model and the m - 0 criterion which are based on the Hoek - Brown model can simulate the brittle failure range of the hard rock . The CWFS model and the m - 0 criterion are used to simulate the rock failure range of the foundation engineering silty mudstone . Finally , the CWFS model and the m - 0 criterion are used to simulate the surrounding rock failure range of the silty mudstone section of Canada .

【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV554

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1824767