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基于损伤演化的深埋岩溶隧道突水灾变机理研究
| 论文题名： | 基于损伤演化的深埋岩溶隧道突水灾变机理研究 |
| 关键词： | 岩溶隧道;突水灾变;岩石损伤;断层突水 |
| 摘要： | 随着我国基础设施建设的发展，隧道建设成为交通工程中的重要组成部分，逐渐向地形、地质条件复杂的西南山区转移，并呈现“大埋深、长洞线、高应力、强岩溶、高水压、构造复杂、灾害频发”的发展趋势。本文以岩溶隧道为研究对象，依据基础理论建立了岩石应力-渗流-损伤力学模型，通过数值软件分析耦合过程，研究了岩溶区隧道断层的突水机理。主要研究内容如下： (1)引入代表性单元理论描述岩石的细观结构变化，基于弹性力学理论建立了基于WeiBull分布的岩石损伤统计本构模型。同时结合渗流力学理论推导了孔隙率和渗透率等的演化方程。建立应力-渗流耦合作用下的岩石损伤演化力学模型，选择岩石微元的应变计算损伤变量，依据最大拉应力准则和Mohr-Coulomb准则判断微元是否损伤及损伤程度。通过常规岩石三轴压缩试验，验证了本构模型的可靠性。 (2)基于COMSOLMultiphysics数值软件和MTALB编写程序，建立了有限元数值算法。采用WeiBull分布描述岩石天然的非均质性、强度和渗透性。通过岩石单轴压缩、双向压缩和水力压裂数值模拟，分析岩石的裂纹扩展和微元损伤的规律，借助文献资料，验证并改善力学模型。岩石的非均质性会影响其受力和损伤，建立的岩石损伤力学模型有一定合理性。 (3)以实际岩溶隧道为研究对象，建立岩溶隧道断层突水模型，首先分析某一开挖步下断层突水的非线性渗流机制和非Darcy效应；然后通过模拟隧道开挖开挖分析围岩应力场、渗流场和损伤情况，以及地应力对围岩的影响，分析岩溶隧道断层突水机理及灾害成因。岩溶隧道断层突水表现出非线性渗流特征，在地下水长期冲蚀过程中，断层逐渐发展为良好的过水通道，影响隧道围岩的稳定性。 |
| 作者： | 潘求宇 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 蔺海晓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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