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富水岩体强度弱化规律及海底隧道防排水体系优化研究
| 论文题名： | 富水岩体强度弱化规律及海底隧道防排水体系优化研究 |
| 关键词： | 海底隧道;防排水体系;富水岩体;强度弱化规律 |
| 摘要： | 随着隧道工程规模的不断扩大，地下水渗流逐渐成为影响隧道围岩稳定性的重要因素之一。在隧道施工过程中，地下水通过围岩内部微裂隙渗透到地下的各个部位，经过一系列的物理、化学作用，将会慢慢地软化岩体的力学特性。因此地下水的存在将会严重影响隧道围岩稳定性，威胁工程建设和施工作业人员的安全，故研究水力耦合作用下岩体力学特性的弱化规律对隧道施工安全具有重要意义。本文通过室内试验、数值模拟以及理论分析相结合的方法，研究不同含水率和孔隙水压力对花岗岩试样力学特性的弱化作用，建立了考虑水力耦合作用的弹塑性岩体本构模型，并基于自定义本构模型探索了不同围岩隧道在不同防排水体系下的优化防排水方案，主要工作内容如下： （1）采用TAW-1000D岩石流变扰动试验仪进行了室内试验，开展了不同含水率条件下花岗岩的单轴压缩试验，对比研究了水力耦合作用下不同含水率花岗岩的应力-应变曲线、单轴抗压强度以及弹性模量等力学特性的弱化规律，分析了含水率对花岗岩破裂形式的影响规律。同时采用控制变量法，进行了不同孔隙水压力条件下含节理花岗岩试样的单轴和三轴压缩数值模拟试验，总结了孔隙水压力对节理岩体的峰值强度以及黏聚力的弱化规律。 （2）基于室内试验和数值模拟的试验数据，拟合了孔隙水压力对花岗岩试样弹性模量和黏聚力的弱化函数公式，以Mohr-Coulomb本构模型为基础，对水力耦合作用下的岩体应力应变增量方程、屈服函数以及流动法则进行了改进。利用FLAC3D有限差分软件的二次开发板块并借助于C++计算机语言，对考虑水力耦合作用的含水岩体本构模型进行了编译。该本构模型考虑了孔隙水压力对岩体黏聚力、弹性模量等力学参数的弱化作用，从而更能够真实地反应出富水隧道掌子面开挖过程中地下水对隧道围岩稳定性的影响规律。 （3）利用所改进的含水岩体本构模型，结合勘察报告以及汕头湾海底隧道矿山段的Ⅱ级和Ⅳ级围岩，建立了隧道复杂三维仿真模型，通过采用不同防排水方式进行隧道掌子面开挖作业，分析得到了富水条件下隧道围岩的位移场、应力场以及渗流场的变化特征，提出了合理的海底隧道矿山段防排水设计方案；并对Ⅳ级隧道围岩从三个角度进行了径向注浆厚度的优化研究，剖析了注浆加固层厚度对隧道稳定性的影响规律，为优化隧道防排水设计提供一定的理论依据。 |
| 作者： | 李艳龙 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 陈云娟;王德超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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