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《高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析》是陈志敏的论文,由导师赵德安指导。
副题名
外文题名
Study of surrounding rock pressure and interaction mechanism between surrounding rock and supporting structure in the weak rock tunnels with high geostress
论文作者
陈志敏著
导师
赵德安指导
学科专业
学位级别
工学博士
学位授予单位
兰州交通大学
学位授予时间
2012
关键词
馆藏号
唯一标识符
108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.006370214
馆藏目录
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2100433B
可参考岩溶或采空区顶板稳定性分析方法进行评价,顶板岩层厚度只有2-4m,而跨度是7米,只要岩层有裂隙开挖后就会不稳定 隧道围岩分级中隐含了顶板稳定性问题,如:IV级围岩拱部无支护时可产生较大的坍塌;...
具体问题具体分析。 断层的影响程度与断层本身性质有密切关系,一般断层如果宽大,角度不理想,而且含水量大,可定位5级;如果影响不是很大,甚至可以保留3级。3级与5级之间可过渡,也可不必过渡。
隧道围岩等级与分类的关系。比如说 V级围岩=V类围岩 还是V级围岩=二类围岩
老规范将隧道围岩分成六类,分别是Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ,数字越大的围岩性质越好。新规范将隧道围岩分成六级,分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ,数字越小的围岩性质越好。所以老规范中的海类围岩就是新规范中的Ⅱ级...
高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机制分析
岩体开挖后受扰动而产生应力重分布过程极其复杂,尤其是在不良地质环境下更甚。对于地质条件差、地应力为高~极高的软弱围岩,其结构受力大小与受力特征对隧道结构安全尤为重要。针对目前研究中存在的问题,结合工程中出现的问题和实际需求,以高地应力软弱围岩条件下的关角隧道、木寨岭隧道等工程为背景,通过地应力现场实测、理论研究与数值分析,对高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用机制进行研究。主要进行以下几方面的研究工作:(1)在中国地应力场分布规律统计分析基础上,统计得到我国青藏地区平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化的分布曲线。(2)采用水压致裂法进行兰渝线天池坪隧道和两水隧道地应力现场实测。在此基础上,分析隧道所处的原始高地应力水平及隧道开挖后的地应力分布规律;采用改进的BP神经网络进行了木寨岭、天池坪等隧道的宏观地应力场拓展分析,获得地应力的宏观分布形态与特点。(3)针对现有本构关系,对高地应力软岩尚不具有广泛代表性和卡斯特耐尔公式无法直接计算出在塑性区范围不同发展过程对应的塑性形变压力的问题,以原岩应力和隧道容许位移(或支护后实际量测位移)为出发点,采用岩体软化\"直–曲–直\"模型,推导了隧道形变压力计算公式。(4)利用台阶法开挖中存在的空间效应和改进的BP人工神经网络模型预测位移以及多项式拟合预测方法,提出两类在高地应力软弱围岩条件下使用开挖应力释放率模型的方法。通过在关角隧道和木寨岭隧道大战沟斜井高地应力软岩地段的应用,探讨其结构荷载与应力释放规律,其结果得到三维数值分析的验证。(5)为验证卡斯特耐尔扩展公式合理性,基于参数全过程变化的应变软化FLAC3D三维数值模型,模拟木寨岭隧道正洞高地应力软岩地段隧道开挖支护过程。三维数值结果与卡斯特耐尔扩展公式计算结果吻合,进一步证明该公式在高地应力软弱围岩条件下应用的可靠性、适用性。在统计青藏地区地应力分布规律基础上,结合现场实测和拓展分析,准确获得高地应力软岩隧道位置原始地应力,为研究围岩压力和围岩与支护结构相互作用机制提供依据。在原始地应力基础上,结合理论分析和数值仿真,获得高地应力软岩隧道的围岩压力计算方法和围岩与支护结构相互作用机制。主要创新点体现以下4个方面:(1)统计分析得到我国青藏地区平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化的分布曲线。总结出青藏地区地应力分布规律与特点,为判别该区域地应力测试结果的合理性提供依据。(2)针对高地应力条件下软岩隧道大变形问题,引入岩体软化\"直–曲–直\"模型,推导出适用于高地应力软岩隧道基于原岩应力和隧道位移的隧道形变压力计算公式。(3)提出2种在高地应力软弱围岩条件下使用开挖应力释放率模型的方法。(4)为在三维数值分析中反映软弱围岩参数随坑道变形而不断变化的特性,引入参数全过程变化的应变软化模型,利用FLAC3D软件验证卡斯特耐尔扩展公式应用于高地应力软岩隧道的可靠性和适用性。
隧道围岩与支护结构耦合作用研究及应用
为了增强隧道工程支护效果、提高各支护构件利用率、保证隧道的安全,需要寻找减小工程支护力的途径,即最大限度地释放围岩形变势能、充分利用围岩自身承载能力,实现围岩与衬砌间的支护耦合,建立了由隧道表征变形量、支护体系组合构件的整体性能利用率、支护系统组合构件耦合效率3个指标组成的耦合评价体系,并用于西安岭隧道施工现场监测并进行耦合分析.结果表明:该隧道最终耦合效率较高,设计方案合理.
本书以高地应力软弱围岩条件下的关角隧道、木寨岭隧道等工程为背景,系统研究了我国地应力及青藏地区的地应力分布规律。在此基础上,通过地应力现场实测、理论研究与数值分析,对高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用机理进行了研究与应用。本书主要内容包括地应力与高地应力概述、软岩以及软岩隧道力学特性、中国特别是青藏地区不同岩性地应力的分布规律、隧道区域地应力实测与应力拓展、基于岩体软化“直-曲-直”模型的卡斯特耐尔扩展公式、基于开挖应力释放率模型的高地应力软岩隧道衬砌压力研究及其数值分析等内容。
本书内容丰富、图文并茂、数据资料翔实,反映了高地应力软岩隧道的荷载机制研究与应用的最新水平。本书适合于从事长大山岭隧道和深埋地下工程的科研、勘察设计与施工人员使用,也可供隧道与地下工程、岩土工程、地质工程等专业的高校师生参考。
第1章绪论
1.1地应力概述
1.1.1地应力的概念
1.1.2高地应力
1.2软岩及软岩隧道
1.2.1软弱围岩的含义及力学特性
1.2.2软弱围岩隧道
1.3高地应力软岩荷载问题的研究现状
1.3.1高地应力软岩荷载问题国外研究现状
1.3.2高地应力软岩荷载问题国内研究进展
1.4高地应力软岩隧道的荷载机制
1.4.1基于原岩应力和开挖位移的高地应力软岩隧道围岩压力研究
1.4.2基于开挖应力释放率模型的高地应力软岩隧道衬砌压力研究
第2章地应力的分布规律
2.1地应力的影响因素分析
2.1.1地应力成因
2.1.2地应力的主要影响因素
2.2全球地应力区域构造分析
2.3中国应力场分析
2.3.1中国实测地应力分析
2.3.2中国不同岩性地应力分析
2.4青藏地区地应力分析
2.4.1青藏地区地应力成因
2.4.2青藏地区地应力分布
2.4.3青藏地区三大岩性地应力分布规律
2.4.4综合分析
第3章隧道区域地应力实测与应力拓展
3.1国内外研究现状
3.1.1国外研究现状
3.1.2国内研究现状
3.2地应力测量方法
3.2.1应力解除法之空腔包体应变计法
3.2.2孔底应力解除法
3.2.3水压致裂法
3.2.4声发射法
3.2.5应力恢复法
3.3软岩隧道的地应力测量
3.3.1天池坪隧道高地应力现场测试与分析
3.3.2两水隧道地应力测试结果分析
3.4宏观地应力场拓展分析
3.4.1BP神经网络改进与地应力场拓展
3.4.2地应力场拓展分析
第4章软弱围岩隧道
4.1软岩隧道的现状
4.2软岩隧道的特征分析
4.3软岩隧道变形演化机制
4.4软岩隧道变形原因
4.5高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用
4.6高地应力软岩隧道围岩压力研究中的主要理论问题
第5章高地应力软岩隧道的荷载机制
5.1基于原岩应力和开挖位移的高地应力软岩隧道围岩压力的研究
5.1.1围岩软化“直曲直”模型
5.1.2软化模量的概念及其物理意义
5.1.3岩体应变模型
5.1.4基于岩体软化“直曲直”模型的卡斯特耐尔扩展公式推导
5.1.5弹性区围岩应力分布的理论解
5.1.6塑性软化区卡斯特耐尔扩展公式推导
5.1.7塑性流动区卡斯特耐尔扩展公式推导
5.1.8卡斯特耐尔扩展公式广泛性分析
5.1.9卡斯特耐尔扩展公式与经典卡斯特耐尔公式对比分析
5.2卡斯特耐尔扩展公式实例分析与工程应用
5.2.1卡斯特耐尔扩展公式应用探讨
5.2.2经典实例分析
5.2.3木寨岭隧道高地应力Ⅴ级软岩段应用
5.3基于开挖应力释放率模型的高地应力软岩隧道衬砌压力研究
5.3.1基于净空收敛曲线三阶段划分的高地应力软岩隧道衬砌压力研究
5.3.2基于净空收敛曲线拟合的高地应力软岩隧道衬砌压力研究
5.4高地应力软弱围岩条件下支护结构与围岩相互作用三维数值分析
5.4.1关角隧道基于等效连续介质模型的三维数值分析
5.4.2基于围岩参数全过程变化的木寨岭隧道Ⅴ级软岩段
三维数值分析
参考文献2100433B
本书特别适合学习高地应力软弱围岩隧道及地下工程的有关技术人员使用,也可供从事隧道及地下工程、岩土工程、地质工程等高校和科研院所的科研人员与师生参考。