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高地应力-高地温耦合作用下深部围岩分区破裂特性研究
| 论文题名： | 高地应力-高地温耦合作用下深部围岩分区破裂特性研究 |
| 关键词： | 深埋隧道;深部围岩;施工开挖;破裂特性 |
| 摘要： | 高地应力条件下，深埋隧道围岩开挖后极易产生分区破裂化现象，加上高地温环境的影响，围岩分区破裂化破坏机制更加复杂。因此，有必要对高地应力-高地温耦合作用下深部围岩的分区破裂化机制进行研究。本文依托川藏沿线的夹金山隧道，通过理论计算分析与三维数值模拟相结合的方法对高地应力-高地温耦合作用下深部围岩分区破裂特性进行了系统研究与分析，主要研究内容与结论如下： （1）通过研究深部岩体在多场耦合作用下的地质与力学特征；同时通过总结目前现场观测到的分区破裂化现象，定性分析了产生分区破裂化现象的根本原因，认为分区破裂化现象的演化过程与时间、空间相关，呈周期渐弱趋势发展，且产生分区破裂是需要一定的条件。 （2）通过分析围岩的温度场，得到了温度应力表达式；在此基础上，基于双剪统一强度理论并结合微分平衡方程，对围岩弹塑性应力分析，提出了热-力耦合作用下围岩塑性区半径和松动圈半径理论计算公式；并分析了初始地应力、地温差、中间主应力及隧道开挖半径对塑性区半径的影响，从而研究了塑性区的参数影响特性。结果表明：①热-力耦合作用下，松动圈半径随着初始地应力以及地温差的增大而增大，其中初始地应力对松动圈半径的影响起主要作用，并表现出非线性关系；②松动圈半径随着隧道开挖半径的增大而近似线性增长，随着中间主应力影响系数的增大而减小，且中间主应力系数越小，围岩稳定性状态对中间主应力越敏感。 （3）通过总结目前已有岩体常用破坏准则，分析了双剪统一强度理论对于深部岩体的适用性；同时通过研究高地温对岩体热力学参数和初始地应力的影响，分析了围岩分区破裂化的温度效应；在此基础上，基于双剪统一强度理论，对围岩破裂区的应力场进行分析，提出了破裂区半径以及相邻破裂区间距的理论计算公式，进而分析了围岩分区破裂化的力学机制。 （4）依托G351线夹金山隧道工程，利用FLAC 3D建立三维数值模型并进行热-力耦合分析；主要分析了埋深、侧压系数、线膨胀系数、地温、粘聚力和内摩擦角等热力学参数对围岩分区破裂化现象的影响。结果表明：随着埋深、侧压系数、线膨胀系数、地温的增大或粘聚力、内摩擦角的减小，隧道塑性区条带数目增加、长度变长，分区破裂化趋于严重；其中线膨胀系数对深部围岩的分区破裂化影响最大。 |
| 作者： | 曾美婷 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 吴祖松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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