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高温隧道开挖失稳及岩爆倾向数值模拟研究
| 论文题名： | 高温隧道开挖失稳及岩爆倾向数值模拟研究 |
| 关键词： | 高温隧道;开挖失稳;岩爆倾向;数值模拟 |
| 摘要： | 岩爆是一种常发生于矿山开挖以及隧道工程中的地质灾害，不仅极大地延误工期，也威胁着施工人员的生命安全。川藏铁路是我国具有长远意义的重大工程，沿线地质条件复杂，高温高地应力地质灾害问题突出，在已建设的隧道工程中，岩爆现象频繁出现，对工程的进度等极为不利。因此，研究高温隧道开挖失稳以及岩爆的倾向对将要进行的川藏铁路隧道工程来说具有重要的意义。 本文首先从理论出发，简要分析了温度变化对岩石破裂的影响。然后收集大量实际工程数据，利用数值模拟的手段，研究了高温隧道开挖通风冷却后隧道围岩应力演化规律。结果表明，隧道开挖初始时刻，掌子面与隧道硐壁的交界处应力集中现象明显，为岩爆高发区域。隧道通风降温后，隧道硐壁因形成温度梯度而产生收缩热应力，进而降低了整个隧道的最大压应力的值，包括应力集中部位，这能降低岩爆发生的可能性，这与已存的大部分研究结论不同。但降温到一定时间后，硐壁处开始出现拉应力，随着冷却的进行拉应力持续的增大，这可能会使隧道硐壁在后期破裂失稳。 同时，再考虑地应力，对流换热系数以及断层对隧道应力的分布及演化作用。在正常的范围内，采用较大换热系数的通风方法，能在较短的时间内减小应力集中位置的压应力值，抑制岩爆作用良好，而持续的降温也会使得隧道在后期破坏加快。地应力的对应力分布影响分为两种，一种是与隧道轴线垂直的竖直和水平地应力的影响，水平地应力和竖直地应力之间的大小影响着应力集中点的位置，且两者差值也会对应力集中位置处压应力值大小产生影响。另一种是与隧道轴线平行的轴向应力的影响，结果表明轴向应力越大，应力集中处的压应力值越大，岩爆越容易发生。含断层隧道应力集中部位多出现于隧道于断层交界处两侧位置，一定范围内倾角越小，应力集中处的应力值也就越大，岩爆越容易发生。 最后，再分析工程方法中的超前应力释放孔法及导洞法对岩爆的控制作用。结果表示，在掌子面应力集中处附近设置应力释放孔，能减小应力集中处压应力的值，使应力一部分转移至应力孔，能有效地控制岩爆；对孔内采用短时降温措施也能有效地保护应力释放孔完整。而导洞使得原本隧道应力集中位置处高应力也发生迁移，且导洞的深度越深，抑制效果越好；在一定范围内导洞的半径越大，岩爆的抑制效果也就越明显。同时，采用导洞法控制岩爆时，导洞的深度和半径应当合理进行设计，这样能在花费较少开支达到最有利工程效果，对整个工程进度等十分有利。 |
| 作者： | 罗忠廉 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 唐世斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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