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海底隧道断层围岩塌方失稳判据及灾变演化规律研究
| 论文题名： | 海底隧道断层围岩塌方失稳判据及灾变演化规律研究 |
| 关键词： | 海底隧道;断层破碎带;塌方失稳;灾变机理 |
| 摘要： | 我国已是海底隧道建设大国，目前在建和规划了一批世界级的海底隧道工程。断层破碎带围岩松散、力学强度低、开挖后自稳能力不足，在开挖扰动及海水渗流作用下，海底隧道断层破碎带施工过程中围岩塌方失稳风险大。研究海底隧道断层破碎带塌方机理，阐明围岩塌方失稳灾变演化机制对于指导灾害防控具有重要意义。本文针对海底隧道断层破碎带围岩塌方失稳机制及灾变演化模式，综合采用理论分析、模型试验、有限元数值模拟等手段，开展了系统研究，取得了以下成果: (1)调研分析了多个国内外海底隧道施工期灾害工程案例，划分了六种典型海底隧道高风险不良地质体及其灾害类型，建立了海底隧道断层破碎带围岩塌方失稳灾变模型，提出了塌方失稳灾变主控因素。 (2)基于有限元方法考虑流固耦合效应，确立了压力拱上下边界分析确定方法，阐明了隧道开挖成拱效应，揭示了隧道洞径、围岩质量、覆岩厚度、海水深度主控因素对断层围岩成拱影响机制。 (3)采用压力拱内边界高度修正了普氏理论的塌方高度;采用极限平衡分析方法，获得了破碎带围岩塌方失稳判据;结合突变理论，提出了灾变临界位移值;基于塌方前后围岩质量守恒，推导了最大塌方高度计算方法。 (4)研发了海底隧道断层破碎带流固耦合相似材料，设计搭建了海底隧道断层破碎带开挖模拟试验系统，开展了海底隧道断层塌方失稳物理模拟试验，获得了围岩应力场、渗流场、位移场、突出物质量随开挖过程的演化规律，揭示了开挖扰动以及渗流共同作用下隧道压力拱动态上移而导致的渐进塌方演化规律。 |
| 作者： | 段少龙 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张庆松;刘人太 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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