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高地应力下围岩蠕变对隧道结构长期安全性的影响分析
| 论文题名： | 高地应力下围岩蠕变对隧道结构长期安全性的影响分析 |
| 关键词： | 高地应力;围岩蠕变;隧道衬砌结构;裂损二次衬砌;长期安全性 |
| 摘要： | 随着我国经济社会的发展和西部大开发的快速推进，西部艰险山区的隧道工程也越来越多。这些隧道大多具有“长、大、深埋”的特点，且由于构造应力场的影响，围岩的蠕变效应会导致衬砌结构所受外荷载随着时间的增加不断增大，从而影响结构长期服役的安全性。 本文依托篮家岩隧道工程，通过理论分析、室内试验和数值模拟等手段，开展了高地应力条件下围岩蠕变对隧道结构长期安全性的影响研究。主要研究工作如下: 1.采用岩石力学系统与声发射测试系统开展了室内单轴和三轴压缩试验，并绘制岩石的应力-应变全过程曲线，对不同围压与不同含水状态下深埋碳质板岩的物理力学特性进行了研究。研究发现，水对碳质板岩的力学特性及其破裂特征具有明显的软化效应;碳质板岩的力学参数随着围压的增大而增大;低围压条件下岩石强度低，岩石的破裂更为迅速和突然，而高围压条件下岩石的渐进破裂特性更为显著，延塑性增强。 2.采用快速拉格朗日有限差分软件建立了地层-结构三维数值模型，在该模型中，围岩采用基于M-C屈服准则的伯格斯蠕变模型（Cvisc模型）以考虑围岩的粘弹塑性效应对隧道结构长期安全性的影响。基于该模型，揭示了不同构造应力场对二次衬砌结构长期安全性能的影响。计算结果表明，构造应力场会对二次衬砌的长期安全特性产生显著影响，不同构造应力下二次衬砌达到临界安全状态的位置与大修时刻点存在显著区别。 3.采用地层-结构三维数值模型，研究了围岩蠕变对裂损二次衬砌安全性能的影响。数值模型中，采用interface界面单元模拟裂损二次衬砌，二次衬砌的裂损程度采用裂缝截面的刚度折减系数η表示。考虑二次衬砌的不同裂损程度以及不同裂缝数量与开裂位置的组合，探明了不同工况下裂损二次衬砌结构内力和安全系数随时间的变化规律。计算结果表明，裂损程度对开裂位置处截面安全系数的影响较为明显，而对未开裂位置处截面安全系数的影响较小;二次衬砌的安全系数随着裂纹数量的增加而减小;不同裂损工况下二次衬砌达到临界安全状态的位置与大修加固时间存在显著差异。 |
| 作者： | 汪耀 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 何川 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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