本文關(guān)鍵詞：泥質(zhì)斷層破碎帶隧道突水突泥災(zāi)變機(jī)理研究及應(yīng)用　出處：《山東大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著我國(guó)公路及鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展,在修建過(guò)程中經(jīng)常要穿越山嶺、湖泊等各種形式地層,隧道是最常見的穿越方式。由于我國(guó)幅員遼闊,地形地貌種類繁多,地質(zhì)條件復(fù)雜,巖溶、斷層破碎帶等不良地質(zhì)大量分布,隧道穿越不良地質(zhì)時(shí)極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。斷層破碎帶巖體具有強(qiáng)度低、遇水弱化崩解、裂隙分布廣、地下水運(yùn)移無(wú)規(guī)律等特征。當(dāng)隧道通過(guò)不良地質(zhì)時(shí),在地應(yīng)力、水壓力及開挖擾動(dòng)的聯(lián)合作用下,隧道極易發(fā)生塌方以及突水突泥等地質(zhì)災(zāi)害。因此,研究斷層破碎帶隧道突水突泥災(zāi)變機(jī)理,對(duì)災(zāi)害的預(yù)警及處治理論的研究具有指導(dǎo)意義,為研究隧道建設(shè)安全科學(xué)奠定基礎(chǔ)。本文采用突變理論、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬以及工程應(yīng)用等多種方法對(duì)突水突泥災(zāi)變演化過(guò)程進(jìn)行了深入的研究,并取得了相關(guān)研究成果。(1)基于典型斷層破碎帶突水突泥特點(diǎn),研究災(zāi)害賦存地質(zhì)特征,對(duì)地下水的影響作用進(jìn)行重點(diǎn)分析。針對(duì)不同類型災(zāi)變模式,分析工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)特征對(duì)災(zāi)害發(fā)生的影響方式及破壞特征,利用模糊數(shù)學(xué)分析主要致災(zāi)因素,得到了各因素對(duì)災(zāi)害貢獻(xiàn)值及規(guī)模影響。(2)建立了斷層地質(zhì)構(gòu)造力學(xué)模型,通過(guò)時(shí)效損傷本構(gòu)模型描述圍巖在動(dòng)態(tài)破壞中的黏性和損傷特性,建立突變模型,通過(guò)數(shù)學(xué)分析得到臨災(zāi)判據(jù)。建立多次突水突泥試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)臨災(zāi)判據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,并提出巖土體在突水突泥過(guò)程中的空間破壞形態(tài)。(3)建立了地質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集,研究了開挖過(guò)程中隧道圍巖在多場(chǎng)耦合作用下災(zāi)變演化過(guò)程。(4)基于離散顆粒流方法,以永蓮隧道為工程背景,建立了斷層破碎帶隧道數(shù)值模型,對(duì)開挖過(guò)程中的正常巖體以及斷層巖體的綜合物理場(chǎng)以及顆粒接觸力進(jìn)行研究。(5)建立了臨災(zāi)信息響應(yīng)體系,能夠?qū)?zāi)害發(fā)生的可能性進(jìn)行評(píng)估,在江西永蓮隧道進(jìn)行了應(yīng)用,指導(dǎo)了工程加固所需要的力學(xué)參數(shù)指標(biāo),通過(guò)信息響應(yīng)體系判定巖體穩(wěn)定性,確保工程安全。
[Abstract]:With the rapid development of transportation infrastructure such as highways and railways in China, we often cross all kinds of strata such as mountains and lakes in the process of construction. Tunnel is the most common way of crossing. Because of the vast territory, various landforms and complicated geological conditions, a large number of unfavorable geological conditions such as karst and fault fractured zone are widely distributed in China. The rock mass in fault fractured zone has the characteristics of low strength, weak disintegration of water, wide fracture distribution and irregular groundwater migration. When the tunnel passes bad geology, under the combined action of ground stress, water pressure and excavation disturbance, the tunnel is prone to geological disasters such as landslide and water inrush. Therefore, studying the mechanism of water bursting and mud bursting in the fault fractured zone is of guiding significance for the study of disaster early warning and treatment theory, and lays the foundation for studying the safety science of tunnel construction. In this paper, catastrophe theory, model test, numerical simulation and engineering application have been used to study the catastrophe evolution process of water and mud burst. (1) based on the characteristics of the water inrush from the typical fault zone, the geological characteristics of the disaster are studied, and the influence of the groundwater is emphatically analyzed. According to different types of catastrophe models, we analyzed the impact and damage characteristics of engineering geological characteristics and hydrogeological characteristics on disasters. We used fuzzy mathematics to analyze the main disaster causing factors, and got the influence of each factor on the contribution and scale of disasters. (2) a fault geological structure mechanics model is established. The viscosity and damage characteristics of surrounding rock in dynamic failure are described by aging damage constitutive model. A catastrophe model is established, and the disaster criterion is obtained through mathematical analysis. A number of water inrush test systems are established to verify the critical criteria, and the spatial failure pattern of rock mass in the process of water inrush is proposed. (3) a geological model test system has been established to collect data from experiments, and the process of catastrophe evolution of tunnel surrounding rock under multi field coupling has been studied. (4) based on the discrete particle flow method, based on the Yong Lian tunnel as the engineering background, a numerical model of the fault fractured zone is established, and the comprehensive physical field and the particle contact force of the normal rock mass and the fault rock mass during excavation are studied. (5) a disaster response information system has been established. It can assess the possibility of disasters. It has been applied in Jiangxi Yong Lian tunnel, guiding the mechanical parameters of engineering reinforcement, and judging the stability of rock mass by information response system, so as to ensure engineering safety.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(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)：1338337