本文關鍵詞：基于離散元法的富水軟弱地層隧道掌子面穩(wěn)定性研究

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【摘要】：以“一帶一路”戰(zhàn)略為契機,長大深埋、跨江越海隧道將迎來新的建設高潮,而復雜地質(zhì)問題逐漸成為制約其發(fā)展的瓶頸。工程實踐表明,隧道穿越碎屑流地層和飽水砂性地層將面臨嚴峻的施工安全問題。本文針對隧道碎屑流災害和飽水砂性地層的典型特征(松散、富水),圍繞隧道掌子面穩(wěn)定性問題,基于三維顆粒離散元流固耦合方法,從細觀尺度對掌子面力學行為進行數(shù)值分析研究；在此基礎上,通過理論分析建立相應的掌子面穩(wěn)定性計算方法。研究成果為隧道穿越碎屑流地層和飽水砂性地層的掌子面穩(wěn)定性控制奠定了基礎。本文主要研究成果如下：1、根據(jù)隧道碎屑流災害區(qū)域地質(zhì)特征,采用三維顆粒離散元流固耦合方法,建立了隧道碎屑流災害數(shù)值分析模型,從細觀尺度對隧道碎屑流災害掌子面災變失穩(wěn)行為進行了研究,再現(xiàn)了隧道碎屑流災害的分階段演化過程,提出了隧道碎屑流災害的判識方法,分析了隧道碎屑流災害的主要影響因素,探明了隧道碎屑流災害的破壞機理。2、在隧道碎屑流災害掌子面災變失穩(wěn)行為研究成果的基礎上,通過經(jīng)驗方法、理論方法和數(shù)值方法等手段,建立了隧道碎屑流災害掌子面前方巖盤臨界安全厚度的計算方法,為實現(xiàn)圍巖狀態(tài)由災變到漸變甚至穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變奠定基礎。3、根據(jù)飽水砂性地層的物理力學特性,采用三維顆粒離散元流固耦合方法,建立了掌子面穩(wěn)定性研究數(shù)值分析模型,從細觀尺度對滲流條件下飽水砂性地層隧道掌子面失穩(wěn)破壞規(guī)律和掌子面極限支護壓力進行了研究,并從掌子面失穩(wěn)破壞模式出發(fā)對考慮滲流的三維楔形體理論計算模型進行了修正,建立了滲流條件下飽水砂性地層隧道掌子面極限支護壓力的計算方法。
【關鍵詞】：隧道工程 掌子面穩(wěn)定性 離散元法 碎屑流地層 災變行為 安全厚度 飽水砂性地層 極限支護壓力
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U452.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.1 隧道碎屑流災害研究現(xiàn)狀12
• 1.2.2 砂性地層隧道掌子面穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究內(nèi)容及技術路線13-15
• 1.3.1 研究內(nèi)容13-14
• 1.3.2 技術路線14-15
• 第2章 顆粒離散元流固耦合方法及圍巖細觀參數(shù)標定15-26
• 2.1 問題的提出15
• 2.2 顆粒離散元流固耦合方法15-19
• 2.2.1 顆粒離散元方法概述15-17
• 2.2.2 流固耦合方法概述17-19
• 2.3 圍巖細觀參數(shù)標定19-24
• 2.3.1 標定模型建立19-20
• 2.3.2 圍巖變形參數(shù)20-21
• 2.3.3 圍巖強度參數(shù)21-23
• 2.3.4 圍巖標定結(jié)果23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第3章 隧道碎屑流災害掌子面災變失穩(wěn)行為研究26-46
• 3.1 問題的提出26
• 3.2 隧道碎屑流災害計算模型26-31
• 3.2.1 模型尺寸27-28
• 3.2.2 圍巖參數(shù)28
• 3.2.3 流場設置28-29
• 3.2.4 監(jiān)測項目29-31
• 3.3 隧道碎屑流災害計算工況31-32
• 3.3.1 自重應力場31-32
• 3.3.2 滲流場分布32
• 3.4 隧道碎屑流災害演化過程32-36
• 3.4.1 演化過程32-35
• 3.4.2 判識方法35-36
• 3.5 隧道碎屑流災害影響因素36-43
• 3.5.1 巖盤厚度的影響36-38
• 3.5.2 巖盤性質(zhì)的影響38-41
• 3.5.3 水壓力的影響41-43
• 3.6 隧道碎屑流災害發(fā)生機理43-44
• 3.7 本章小結(jié)44-46
• 第4章 隧道碎屑流災害掌子面前方巖盤安全厚度研究46-62
• 4.1 問題的提出46
• 4.2 掌子面前方巖盤安全厚度確定的經(jīng)驗方法46-48
• 4.3 掌子面前方巖盤安全厚度確定的理論方法48-58
• 4.3.1 巖盤為堅硬完整巖體48-53
• 4.3.2 巖盤為軟弱破碎巖體53-58
• 4.4 掌子面前方巖盤安全厚度確定的數(shù)值方法58-60
• 4.4.1 計算方法58
• 4.4.2 安全厚度58-59
• 4.4.3 突水系數(shù)59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第5章 飽水砂性地層隧道掌子面穩(wěn)定性研究62-79
• 5.1 問題的提出62
• 5.2 數(shù)值分析模型62-63
• 5.3 掌子面失穩(wěn)破壞規(guī)律研究63-70
• 5.3.1 極限支護壓力的確定64-65
• 5.3.2 支護壓力對地層影響65-67
• 5.3.3 掌子面失穩(wěn)破壞模式67-70
• 5.4 掌子面極限支護壓力計算方法70-77
• 5.4.1 基本模型70-73
• 5.4.2 修正模型73
• 5.4.3 滲流分析73-77
• 5.4.4 計算方法77
• 5.5 本章小結(jié)77-79
• 結(jié)論與展望79-83
• 致謝83-84
• 參考文獻84-87
• 攻讀碩士學位期間從事的科研項目87

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本文編號：973674