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岩溶隧道突泥突水力学机制及数值模拟
| 论文题名： | 岩溶隧道突泥突水力学机制及数值模拟 |
| 关键词： | 岩溶隧道;突泥突水;力学模型;突变理论;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国交通行业的迅速发展，遇到的隧道及地下工程问题越来越有挑战性，地下工程及隧道的修建穿越岩溶地带的过程中，经常会遇到规模不等的突泥突水、塌方等地质灾害，会严重危害到施工安全和周边环境，从而制约隧道及地下工程的发展。岩溶隧道突泥突水主要是由于充填型溶洞中的填充物在施工过程中对周边岩层的冲击、侵蚀和破坏，使得周围岩层失稳，从而造成岩溶隧道发生突泥突水灾害。因此，对岩溶隧道突泥突水机制等关键问题的研究，具有很大的工程应用价值，本文依托湖南省永吉高速六月田隧道，通过收集资料、室内试验、理论研究、以及数值模拟等手段，展开对岩溶隧道突泥突水机制的研究，建立隧道突泥突水的力学模型，并通过分析得出影响隧道突泥突水的因素，利用Midas-NX有限元软件模拟在不同影响因素的情况下充填物对其底部岩层稳定性的影响。本文的主要工作: (1)依托湖南永吉高速六月田隧道，通过详细的地质调查，整理关于隧址地区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等工程地质条件，分析岩溶隧道突泥突水机制。 (2)以六月田隧道浅埋段某一断面的现场监测数据进行分析，简单介绍现场监测对隧道施工的指导作用，对六月田隧道涌出的充填物做室内试验，研究其渗透性和抗剪强度。 (3)以突变理论为基础，运用尖点突变模型简化岩溶隧道上方填充物溶腔为圆形板和梁的力学模型，分析两个力学模型得出影响隧道与填充物溶腔之间岩层失稳的影响因素。 (4)依托实际工程地质、水文条件、设计资料，建立三维数值模型，以此为基础，模拟不同围岩参数对填充物溶腔与隧道之间岩层稳定性的影响，分析在不同围岩参数的情况下隧道与填充物溶腔之间岩层的应力、位移、塑性区变化情况。根据应力、位移、塑性区的变化来判断岩层是否失稳。 (5)在三维模型四级围岩参数分析结果的基础上，建立二维模型，模拟填充物溶腔不同洞径、填充物溶腔与隧道顶部不同距离以及不同地下水位对隧道与填充物溶腔之间岩层的影响，分析在不同洞径、不同径跨比以及不同地下水位的情况下隧道与填充物溶腔之间岩层的应力、位移、塑性区的变化情况。根据塑性区的变化以及扩展情况来判断岩层是如何失稳破坏的。 |
| 作者： | 刘远 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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