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渗流作用下高地应力软岩隧道应力应变特征及加固措施研究
| 论文题名： | 渗流作用下高地应力软岩隧道应力应变特征及加固措施研究 |
| 关键词： | 隧道工程;应力应变特征;加固技术;软岩地层;地应力;渗流作用 |
| 摘要： | 在西部地区深埋特长隧道建设过程中，高地应力软岩隧道的变形问题十分突出，而地下水的作用不仅会使得隧道所处的应力场发生改变，还会使得软岩的力学性质发生变化，进一步加剧围岩变形。针对此类问题，本文以我国四川省境内某隧道工程为依托，通过理论分析、统计分析、数值模拟等手段，对渗流作用下高地应力软岩隧道应力应变特征展开研究，并在此基础上对其加固措施进行研究。主要研究成果与结论如下： （1）通过调研国内外单轴、三轴试验数据，对水-力耦合作用下软岩的变形特征进行归纳总结，运用MATLAB进行数据拟合，获得两种含水状态下围压对软岩变形参数的影响规律，并引入瞬时摩擦角和瞬时粘聚力的概念，获得两种含水状态下软岩剪切强度参数与围压的变化规律。结果表明：饱水状态下软岩会表现出延性变形特征，围压的增大会使得其延性特征更明显。两种含水状态下软岩的弹性模量均会随着围压的增大而增大，水的作用会使得弹性模量随围压的增长速度降低，而泊松比随围压变化的敏感性较差。两种含水状态下软岩的摩擦角会随着围压的增大而减小，粘聚力会随着围压的增大而增大。饱水状态软岩的粘聚力在零围压作用下更低，受围压影响更明显。饱水状态软岩的摩擦角在零围压作用下更低，随围压降低的幅值更大。 （2）通过围压与软岩参数变化规律建立数值模型，编写FISH语言以径向应力控制围岩参数变化，分4种工况进行对比分析。结果表明：同时考虑围压和水对围岩参数的影响时，隧道开挖后所产生位移最大，塑性区面积最大。 （3）通过流固耦合分析对高地应力软岩隧道三台阶法开挖进行了数值模拟，研究了不同初始孔隙水压力、不同初始地应力对围岩渗流场、位移场、塑性区以及支护受力的影响规律。结果表明：地下水最大流速出现在拱脚位置，初始孔隙水压力和初始地应力的增大都会使得隧道涌水量、围岩变形以及变形增长速率增大。隧道拱底处变形量最大，受初始地应力和初始孔隙水压力增长的影响最明显。掌子面最大挤出变形位置位于下台阶，需要加强对掌子面和隧道拱底的支护措施。 （4）通过数值模拟研究了注浆圈厚度和注浆圈渗透系数对围岩渗流场、位移场、塑性区以及支护受力情况的影响规律。结果表明：合理的提高注浆圈厚度能够降低隧道开挖面涌水量，降低围岩变形与塑性破坏范围。注浆圈渗透系数降低能够降低隧道开挖面涌水量，但会增大围岩变形。 |
| 作者： | 胡浩然 |
| 专业： | 土木工程 |
| 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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