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原文传递岩巷围岩自承载能力及其劣变过程的力学解析研究

论文题名：	岩巷围岩自承载能力及其劣变过程的力学解析研究
关键词：	岩巷围岩;自承载能力;劣变过程;二次支护;力学性能
摘要：	目前，各种岩土工程的建设规模以及数量都激增。并且以一种更深入、更大型的趋势发展着。由于如今大部分的隧道工程都倾向于采用收敛限制法进行施工，那么在采用收敛限制法施工的工程中，支护参数的讨论和研究举足轻重。一方面，支护结构作为承受和在的结构并不孤单，围岩自身也具有承受自重的能力。是隧道开挖支护的重中之重。另一方面，岩体对自重的承载能力也是有限的，并且是随着时间有规律的变化着。围岩时变自承载系数是多因素共同作用下的综合评价指标。假设围岩的粘弹塑性行为可以看作是一种流变材料，服从统一强度理论，利用该理论获得了岩巷围岩粘弹塑性应力场。进而基于Boltzmann-UST模型和塑性流动规律，获得了围岩时变承载系数解析式。在论述解析解正确性与优越性的基础上，分析讨论了时效作用、松弛时间、中间主应力及更多相关参数对围岩自承能力的影响规律；并将该系数的时程变化曲线与若干LDP曲线以及本文得到的GRC曲线进行耦合分析。结果表明：　　（1）参数b对成洞时刻的围岩时变承载系数有较大的影响，这主要归因于中间主应力参数b对围岩塑性区半径的影响：随着参数b的增大，塑性区半径Rp减小，围岩储能释放程度偏低而使其自承载能力仍然很高，不宜开展二次支护工作；　　（2）松弛时间ηK/GK对成洞初期的围岩时变承载系数有较大的影响，同一时间维度下，松弛时间ηK/GK的值越大，所需要的流变时间越长，位移变化越平缓也就意味着围岩的承载能力比较好，还有一部分发挥的空间；　　（3）在同一时刻，围岩时变承载系数随地应力的增大而减小。对比计算结果，发现地应力为10MPa不足以使围岩进入塑性工作状态，此时围岩储能释放程度低而使其自承载能力保持较高水平，隧洞较为稳定；　　（4）抗剪强度参数 c、φ表征围岩屈服的难易程度，是围岩塑性力学行为指标。随着内聚力和内摩擦角的增大，围岩时变承载系数在任一时刻均体现为增大，围岩自承载能力有所提升，这与该参数的物理意义是一致的；　　（5）通过耦合得到了二次支护时间与支护力以及围岩时变承载系数的关系。观察发现在一定时间跨度中，二次支护假设的过于早期，越耗费支护力度与材料，并且围岩时变承载系数也维持在比较高的水平，说明围岩对荷载的承受能力还有一定的发挥空间，如果给他机会发挥这个能力，能够在一定程度上增加结构的安全性，还减少了人力物力。　　从总的规律看，围岩时变承载系数在成洞时刻最大，而后非线性骤减直至稳定，隧洞二次支护时机应避开骤减期。本研究深化了时间效应与其他因素共同作用下岩巷围岩时变承载系数的理论理解，可以为预留变形量、支护类型与支护刚度等的确定提供理论指导。希望能带来方法上的进步。
作者：	周雨晴
专业：	岩土工程
导师：	俞缙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华侨大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文