本文關(guān)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(jī),長大深埋、跨江越海隧道將迎來新的建設(shè)高潮,而復(fù)雜地質(zhì)問題逐漸成為制約其發(fā)展的瓶頸。工程實(shí)踐表明,隧道穿越碎屑流地層和飽水砂性地層將面臨嚴(yán)峻的施工安全問題。本文針對隧道碎屑流災(zāi)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(xì)觀尺度對掌子面力學(xué)行為進(jìn)行數(shù)值分析研究；在此基礎(chǔ)上,通過理論分析建立相應(yīng)的掌子面穩(wěn)定性計(jì)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(chǔ)。本文主要研究成果如下：1、根據(jù)隧道碎屑流災(zāi)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(zāi)害數(shù)值分析模型,從細(xì)觀尺度對隧道碎屑流災(zāi)害掌子面災(zāi)變失穩(wěn)行為進(jìn)行了研究,再現(xiàn)了隧道碎屑流災(zāi)害的分階段演化過程,提出了隧道碎屑流災(zāi)害的判識方法,分析了隧道碎屑流災(zāi)害的主要影響因素,探明了隧道碎屑流災(zāi)害的破壞機(jī)理。2、在隧道碎屑流災(zāi)害掌子面災(zāi)變失穩(wěn)行為研究成果的基礎(chǔ)上,通過經(jīng)驗(yàn)方法、理論方法和數(shù)值方法等手段,建立了隧道碎屑流災(zāi)害掌子面前方巖盤臨界安全厚度的計(jì)算方法,為實(shí)現(xiàn)圍巖狀態(tài)由災(zāi)變到漸變甚至穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)。3、根據(jù)飽水砂性地層的物理力學(xué)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(xì)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(hù)壓力進(jìn)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(jì)算模型進(jìn)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(hù)壓力的計(jì)算方法。
【關(guān)鍵詞】：隧道工程 掌子面穩(wěn)定性 離散元法 碎屑流地層 災(zāi)變行為 安全厚度 飽水砂性地層 極限支護(hù)壓力
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(zāi)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(shù)路線13-15
• 1.3.1 研究內(nèi)容13-14
• 1.3.2 技術(shù)路線14-15
• 第2章 顆粒離散元流固耦合方法及圍巖細(xì)觀參數(shù)標(biāo)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(xì)觀參數(shù)標(biāo)定19-24
• 2.3.1 標(biāo)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(qiáng)度參數(shù)21-23
• 2.3.4 圍巖標(biāo)定結(jié)果23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第3章 隧道碎屑流災(zāi)害掌子面災(zāi)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(zāi)害計(jì)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(shè)置28-29
• 3.2.4 監(jiān)測項(xiàng)目29-31
• 3.3 隧道碎屑流災(zāi)害計(jì)算工況31-32
• 3.3.1 自重應(yīng)力場31-32
• 3.3.2 滲流場分布32
• 3.4 隧道碎屑流災(zāi)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(zāi)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(zāi)害發(fā)生機(jī)理43-44
• 3.7 本章小結(jié)44-46
• 第4章 隧道碎屑流災(zāi)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(yàn)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(jiān)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(jì)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(hù)壓力的確定64-65
• 5.3.2 支護(hù)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(hù)壓力計(jì)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(jì)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(xiàn)84-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研項(xiàng)目87

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本文編號：973674