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基于计算机视觉的复合地层隧道开挖面变形规律试验研究
| 论文题名： | 基于计算机视觉的复合地层隧道开挖面变形规律试验研究 |
| 关键词： | 隧道;开挖面;计算机视觉;模型试验;复合地层 |
| 摘要： | 近年来，随着我国经济的发展和科学技术的进步，铁（公）路以及城市地铁等交通工程的里程增长迅猛，隧道工程的覆盖范围因之迅速加大，原来不具备良好施工条件的地方也逐渐开始修建隧道，使得工程技术人员面临越来越复杂的工程地质条件挑战，复合地层就是其中一种较为复杂的地质条件。复合地层中由于两种地层的物理力学性质存在显著区别，叠加上其他一些不利因素，将给隧道工程施工带来较大的安全隐患，因此，开展对于复合地层隧道开挖面变形规律的研究具有重要的实际意义。针对复合地层隧道开挖面的变形破裂过程与演化规律，本文采用课题组自主研制的中小型双轴电机加载隧道物理模型试验系统，利用计算机视觉变形量测软件PhotoInfor，开展了相似物理模型试验研究，采用FLAC3D对复合地层隧道开挖进行了模拟分析。主要研究成果如下： （1）以石蜡砂为基本相似材料，得到了不同相似材料配比下试样物理力学参数，基于相似准则和原型材料参数确定了合适的相似材料配比，并给出了以石蜡砂为相似材料的复合地层隧道物理模型制作方法。 （2）通过隧道模型试验，获得了均质地层隧道开挖面的变形特征与破坏模式。即在初始加载及开挖阶段未见明显变化，超载阶段，围岩因出现多条裂缝交汇切割发生掉块。随荷载增加，开挖面前方部分裂缝交汇贯通和融合，导致楔形体逐渐向隧道内侧倾斜并掉落，隧道随之发生严重变形破坏。 （3）通过隧道物理相似模型试验，获得了复合地层隧道开挖面变形破裂规律。即在初始加载和开挖阶段未见明显变化，在超载阶段，首先在开挖面软岩部分出现裂缝和破碎块体，随后裂缝扩张并延伸至软硬岩界面处；隧道边墙的软岩部分出现剪切斜裂缝，不断发展进而引发掉块；开挖面软岩部分率先压溃。 （4）通过对比和分析，获得了复合地层隧道围岩中软岩部分位移较大且发展快的变形破坏特点，支护结构显著地提高了隧道围岩受力的均匀性，极大地延缓了变形破坏的发生，还具有分散变形并减小幅度的作用机制。 （5）通过外部建模并导入FLAC3D软件，克服软件自身建模的一些不足，建立了复合地层隧道数值模型，得到了复合地层隧道围岩与开挖面的应力分布与变形规律，通过与模型试验进行对比，发现二者所得结果基本一致，数值模拟为模型试验提供了充分的理论支撑和良好的验证。 本文研究成果对于复合地层隧道开挖支护设计与施工具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 姚塬 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李元海 |
| 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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