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原文传递隧道裂隙围岩损伤软化特性及与支护结构相互作用研究

论文题名：	隧道裂隙围岩损伤软化特性及与支护结构相互作用研究
关键词：	隧道裂隙围岩;损伤软化特性;锚喷支护;稳定性评价
摘要：	在地下工程围岩中，非贯通裂隙岩体是较为常见的。由于风化等因素作用，裂隙岩体地下工程稳定性较差，破坏模式不同于一般岩体工程。裂隙岩体具有力学特征复杂、非线性等特点，构建一个能准确描述裂隙发展演化下岩体非线性力学模型较为困难，而描述裂隙岩体峰后应变软化行为则更加困难。由于裂隙和结构面作用，埋深较浅围岩一般呈现出应变软化行为，而设计者对此缺乏深入认识，将引发安全事故。支护结构稳定性评价、围岩破坏模式、围岩-支护结构相互作用行为和最佳支护时机、参数是裂隙岩体地下工程设计中重要问题，解决这些问题无不涉及围岩本构模型。因此，构建裂隙发展演化条件下围岩应变软化模型，对深入了解裂隙围岩破坏行为有着重要现实意义。　　人们对裂隙模型已有较深入研究，但对裂隙发展与围岩损伤软化行为联系缺乏深入研究，因此，本文在前人研究基础上，依据相似材料理论制备内置三维裂隙岩体试件，进行室内试验，构建裂隙数量（或裂隙率）和围压两因素条件下裂隙围岩强度和软化模型;在室内试验基础上，采用FLAC3D数值软件模拟单、多裂隙发展和破坏模式，验证裂隙数量和围压对裂隙岩体强度影响;构建裂隙发展模型并描述裂隙发展演化规律，采用计算机编程语言研究裂隙发展可视化模型;构建裂隙发展下岩体损伤软化模型，计算得到支护结构特征曲线、围岩纵断面变形曲线，研究裂隙岩体对围岩-支护相互作用影响。主要有益结论如下: 　　(1)通过制备裂隙岩体相似材料试件并进行室内三轴强度试验，得到了裂隙数量、围压对裂隙岩体抗压峰值强度、残余强度和软化特征等参数的影响规律，建立了裂隙岩体强度折减系数与裂隙率的函式关系; 　　(2)在有限差分软件FLAC3D中采用Fish语言进行二次编程开发，构建了一种改进的裂隙岩体数值计算模型，实现了裂隙岩体破坏过程的可视化; 　　(3)基于损伤统计理论，构建了岩体裂隙分布特征参数与裂隙岩体损伤因子的函数关系式，基于Mohr-Coulomb（简称M-C）和Drucker-Prager（简称D-P）屈服准则，建立了裂隙岩体损伤应变软化的数学模型; 　　(4)通过对隧道裂隙围岩位移和应力进行计算分析，得到了隧道开挖支护过程中裂隙围岩位移和应力发展变化规律; 　　(5)在FLAC3D中建立精细三维数值模型，采用cable单元模拟锚杆结构，获得了隧道裂隙围岩中全长粘结型锚杆轴力响应规律，给出了隧道裂隙围岩中全长粘结型锚杆力学特征具体变化规律; 　　(6)依据收敛约束原理，对隧道开挖支护过程中裂隙围岩应力状态发展变化规律进行计算分析，获得了裂隙围岩应力状态发展情况，裂隙围岩应力变化情况与围岩计算模型、峰后应变软化系数的关系不显著，但随围岩压力、侧压力系数变化出现较明显变化; 　　(7)以大苇沟隧道工程为实例进行数值计算，得到开挖支护过程中围岩-支护相互作用特征曲线和围岩位移特征曲线，对比损伤应变软化模型与理想弹塑性模型计算结果，并与现场实测数据进行对比分析，为相应隧道裂隙围岩变形和安全性分析提供了参考。
作者：	邢洋
专业：	岩土工程
导师：	李永靖
授予学位：	博士
授予学位单位：	辽宁工程技术大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文