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隧道软弱围岩强度特性及支护结构稳定性研究
| 论文题名： | 隧道软弱围岩强度特性及支护结构稳定性研究 |
| 关键词： | 隧道工程;支护结构;软弱岩体;强度特性;收敛约束法 |
| 摘要： | 软弱岩体的存在给大断面隧道支护结构设计及围岩稳定性计算等带来一系列棘手的问题。由于软弱岩体中节理、裂隙的存在，其力学行为受岩石强度、结构面状况及应力状态等多方面影响，存在节理的硬岩在高应力作用下仍会表现出明显的大变形特性及应变软化特性，岩体的扩容现象突出，岩体变形具有不连续性。所以，对于软弱岩体强度特性及峰后力学行为等问题值得深入研究与讨论。 论文针对以上问题，从隧道软弱围岩的变形破坏机制出发，通过室内岩石三轴试验及现场超前地质探测技术相结合的方法，探讨软弱围岩的强度特征，确定围岩结构特性，分析深埋隧道软弱围岩在卸载过程中的应变软化行为及强度损伤演化规律，研究围岩在二次应力作用下的应力场、位移场分布规律;采用收敛-约束法确定围岩及支护结构安全系数，并对支护结构及隧道开挖方法进行优化设计，通过现场监测及数值计算验证优化结构的安全稳定性。论文得出具体结论如下: (1)基于量化GSI围岩评级系统，确定隧道软弱围岩在峰值及峰后残余状态的强度参数，结合Hoek-Brown准则及岩体连续介质应变软化理论，构建深埋软弱围岩峰值及峰后残余强度参数的函数关系式。 (2)通过岩石室内三轴试验，确定峰后软化模量与围压关系，构建完整岩石峰后应变软化模型，结合超前地质预报方法，确定深埋隧道软弱围岩力学参数，指导隧道开挖方案优化及支护结构设计。 (3)通过数值计算与现场监测数据可知，收敛-约束法适用于大断面软弱隧道围岩支护结构设计，通过FLAC3D有限差分软件构建隧道三维数值模型，得出不同开挖方法的围岩-支护结构相互作用关系，提出各开挖方案的围岩安全系数，并对现有支护方案及开挖方法进行优化设计，通过现场监测数据验证优化设计的可靠性。 (4)提出进化神经元算法与BP神经网络算法耦合的GA-BP神经元算法，应用于铺子山隧道施工围岩大变形预测，对隧道围岩变形监测数据进行多步滚动预测，通过实测数据与预测结果相比较，表明该算法具有极高的预测精度，可对类似工程提供借鉴。 |
| 作者： | 李旭 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 张向东 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 辽宁工程技术大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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