本文關(guān)鍵詞：深部復(fù)合地層隧道TBM施工巖爆孕育及控制機(jī)理研究

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【摘要】：隨著TBM裝備和施工技術(shù)的發(fā)展,TBM將成為我國(guó)交通、水利和資源礦山深長(zhǎng)隧道施工的必然趨勢(shì)。巖爆是深部隧道工程TBM施工中最嚴(yán)重的災(zāi)害之一,針對(duì)深部復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境,進(jìn)行隧道TBM施工巖爆機(jī)理及控制研究具有十分重要的意義。本文以隧道TBM施工巖爆災(zāi)害為研究背景,綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)深部復(fù)合地層隧道TBM施工巖爆的孕育演化機(jī)制及控制機(jī)理和技術(shù)進(jìn)行了深入地研究,取得了如下創(chuàng)新性研究成果:(1)采用自主設(shè)計(jì)研制的真三軸巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng),系統(tǒng)開展了復(fù)合地層巖石在不同路徑下的真三軸試驗(yàn)研究,獲得了不同軟硬巖石在真三軸條件下的變形規(guī)律、強(qiáng)度特征和破壞模式,并對(duì)真三軸試驗(yàn)過程中不同軟硬巖石的聲發(fā)射進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和空間定位分析,研究了真三軸條件下不同軟硬巖石的損傷破裂演化規(guī)律,揭示了不同軟硬巖石在三維復(fù)雜應(yīng)力路徑下的力學(xué)特性和損傷破壞特征。(2)基于不同路徑下復(fù)合地層巖石真三軸試驗(yàn)結(jié)果,利用彈塑性力學(xué)和損傷力學(xué)理論,考慮塑性和損傷共同作用對(duì)巖石力學(xué)特性的影響,建立了基于Mogi-Coulomb準(zhǔn)則的巖石彈塑性損傷本構(gòu)模型,推導(dǎo)了相應(yīng)的增量型彈塑性損傷本構(gòu)方程。運(yùn)用塑性勢(shì)理論,詳細(xì)推導(dǎo)了該彈塑性損傷本構(gòu)模型的差分計(jì)算格式,在VC++環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了該模型在FLAC3D軟件中的二次開發(fā),并對(duì)不同軟硬巖石真三軸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證,模擬結(jié)果與試驗(yàn)吻合度較高,表明基于Mogi-Coulomb準(zhǔn)則的巖石彈塑性損傷本構(gòu)模型能夠較好的反應(yīng)復(fù)合地層巖石在真三軸條件下的力學(xué)特性和變形特征。(3)利用建立的巖石彈塑性損傷本構(gòu)模型,結(jié)合復(fù)合地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和TBM施工特征,考慮垂直方向上的上硬下軟和推進(jìn)方向上的軟硬交替兩種典型復(fù)合地層工況,系統(tǒng)研究了深部復(fù)合地層中TBM施工隧道圍巖應(yīng)力場(chǎng)、破壞場(chǎng)及能量場(chǎng)的分布演化規(guī)律,提出了適用于復(fù)合地層TBM施工隧道的巖爆判據(jù),深入揭示了深部復(fù)合地層隧道TBM施工巖爆孕育機(jī)制及其演化過程。(4)利用建立的巖石彈塑性損傷本構(gòu)模型,系統(tǒng)研究了不同圍巖巖性和應(yīng)力環(huán)境改造方法對(duì)深部復(fù)合地層隧道TBM施工巖爆的控制效果,優(yōu)化分析了相關(guān)控制技術(shù)參數(shù),揭示了基于圍巖改造的深部復(fù)合地層隧道TBM施工巖爆災(zāi)害控制機(jī)理,形成了巖爆的圍巖改造控制理論,并針對(duì)復(fù)合地層中TBM施工隧道巖爆發(fā)生特征,提出了深部復(fù)合地層隧道TBM施工巖爆控制技術(shù)方案和相應(yīng)的巖爆分級(jí)治理措施,為我國(guó)深埋隧道TBM施工巖爆災(zāi)害的防治提供了參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U456.3
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本文編號(hào)：1277247