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基于数字照相的软弱缓倾层状隧道围岩稳定性试验研究
| 论文题名： | 基于数字照相的软弱缓倾层状隧道围岩稳定性试验研究 |
| 关键词： | 软弱缓倾层状隧道;围岩变形;数字照相;数值模拟 |
| 摘要： | 至目前为止，在中国有超过3.5万座总长约3.7万公里的隧道构成了超级交通网，总里程高居世界第一。由于岩土工程具有诸多不确定性，在隧道修建中往往面临着许多岩体工程问题，如软岩隧道大变形问题，软岩强度低，岩质弱，承载力差，从而大大增加了隧道施工的难度；层状地层在自然界中普遍存在，层状隧道围岩变形及强度等特征明显不同于均质岩体，其变形破裂机理问题较为复杂，其中缓倾（0°＜α＜30°）层状相较于水平及陡倾层状围岩变形破裂更为复杂。隧道的修建避不开软弱缓倾层状岩体的复杂地质环境，软岩与缓倾层状地层双重恶劣地质环境的相互作用致使隧道围岩变形破坏规律等问题研究困难重重，本文将数字照相量测技术与相似模型试验结合，并运用数值模拟及理论分析等研究方法，探究软弱缓倾层状隧道围岩变形与稳定性规律。获得的主要研究成果如下： （1）通过数字照相变形量测软件PhotoInfor图像计算分析，获得了基础力学试验中岩样精细化变形破裂全过程，并通过PostViewer数据提取功能获得了相似材料的泊松比，为量测类似相似材料的泊松比提供了一种新途径。 （2）利用课题组自主研制的电机双轴加载试验机，采用数字照相技术获得了软弱缓倾层状隧道围岩变形破裂演化特征及破坏模式。其主要表现为层状隧道拱顶处岩层垂直层理面位置先出现裂缝、掉块，随之在隧道拱肩处出现剪切裂纹，并与层理面及拱顶裂纹互相贯通发展为剪切楔体并最终塌落。由于顺层偏压的原因，隧道左侧（偏压侧）围岩破坏更为严重。 （3）根据不同试验阶段软弱缓倾层状隧道围岩受力特点，分别将破坏第一、二、三阶段的顶板第一层岩层、拱肩、顶板第二岩层分别简化为受均布荷载的简支梁、悬臂梁、受非均布荷载简支梁的力学模型，较为直观的推演了软弱缓倾层状隧道围岩变形破裂演化过程。 （4）通过Rhino建模，Griddle网格划分，较好解决了FLAC3D自身建模受限及洞周网格过密对计算结果的影响。数值计算表明：软弱缓倾层状隧道围岩塑性区分布呈以隧道为中心的对称状，且随岩层倾角增大，塑性区逐渐发展呈“Z”字形分布的变形破裂特征；从洞周围岩和结构面受力的角度，解释了软弱缓倾层状隧道围岩破坏的原因。结合模型试验对比分析，获得了较好的验证。 本文研究成果对软弱缓倾层状隧道围岩变形破裂模式及机理等问题的相关研究具有一定的参考价值，并对软弱缓倾层状隧道围岩支护结构差异化设计及工程现场安全施工具有一定的指导作用。 |
| 作者： | 刘德柱 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李元海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2021 |
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