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富水软岩隧道围岩大变形机理及渗透破坏研究
| 论文题名： | 富水软岩隧道围岩大变形机理及渗透破坏研究 |
| 关键词： | 富水软岩隧道;围岩变形;渗透破坏;力学性质 |
| 摘要： | 随着我国经济社会的快速发展，基础交通设施建设成为促进经济进一步发展的重要手段，在众多基础交通设施建设中，隧道工程以其经济、时间和地形等方面的独特优势在近十年内得到了快速发展。在隧道工程开挖过程中，常常会由于隧址区地质环境和水文环境复杂，岩层破损、软弱和地下水系发育等特点，以及开挖过程中围岩所受的各种机械荷载等因素，容易发生围岩变形量过大和涌水、涌泥等工程灾害。因此，本文以隧道现场采集制备的粉砂质千枚岩试样和FLAC3D隧道流固耦合模型为研究对象，对其力学性质、渗透特性和大变形机制展开研究。本文的主要研究内容如下： （1）针对隧道围岩在不同埋深下的力学性质、破坏特征以及渗流特性，通过MTS815岩石力学测试装置、AE21C声发射系统和岩石变渗透率测试系统，对千枚岩试样在3MPa、6MPa、9MPa、12MPa和15MPa等5种不同围压下的应力-应变关系、声发射-时间关系和渗透系数-时间关系进行分析，揭示了抗压强度和峰值应变随围压的线性增长、渗透系数随围压指数减小的变化规律。 （2）通过加载速率试验，对粉砂质千枚岩的黏性特征进行研究。分别在0.003mm/min、0.03mm/min、0.3mm/min和3mm/min等4种恒定速率下和0.003mm/min→0.03mm/min、0.03mm/min→0.3mm/min和0.3mm/min→3mm/min等3种变速率下进行加载试验，得到应力-应变的变化关系，揭示了千枚岩在变速率加载下峰值应变随加载速率指数减小的等速黏性特征，说明软弱围岩在受到不同机械荷载扰动下大变形现象更加突出且复杂多变、难以预料。 （3）针对隧址区围岩碎软和富水的特点，对千枚岩在不同富水时间和破损状态下的力学特性进行分析。在试样浸水饱和后的6天、8天和10天内，得到抗压强度随饱水时间逐渐降低的变化规律。通过分级加载实现岩样的不同破损状态，通过渗流试验对不同的破损状态进行界定，在CSS-55500万能试验机上的单轴压缩试验，揭示了自然环境中和长期富水4个月后千枚岩力学性质随破损状态加剧而逐渐减弱的变化规律，说明富水环境对隧道围岩大变形具有促进效果。 （4）建立FLAC3D隧道流固耦合模型，研究在30m、60m、90m、120m和150m等5种埋深工况下以及隧道不同纵向开挖进度下的围岩位移场和渗流场的分布和变化规律，揭示了隧道埋深和纵向持续开挖对围岩拱顶、周边和仰拱各监测点位移和孔隙压力的影响规律，总结了软岩膨胀、应力扩容、高地应力、重度破损和长期富水等5种大变形机制和渗透破坏分析。 |
| 作者： | 杨健 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 李福林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2022 |
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