原文传递
基于轴对称弹性理论与广义章-朱强度准则的深埋隧道围岩稳定性分析及应用
| 论文题名： | 基于轴对称弹性理论与广义章-朱强度准则的深埋隧道围岩稳定性分析及应用 |
| 关键词： | 隧道工程;围岩稳定性;约束收敛法;纵向位移曲线;广义章-朱强度准则 |
| 摘要： | 在交通强国战略引领下，在中西部艰险山区、沿江沿海地区修建深埋山岭隧道、江河及海底隧道的工程实例已越来越多。利用深埋隧道穿越高山峻岭、江河海峡等天然交通障碍，具有便捷高效、安全可靠、经济实用等显著优点。 深埋隧道围岩稳定性控制，必须重视深部岩体三维非线性力学响应特征，而高应力和复杂应力诱导的工程失稳问题，是深埋隧道围岩稳定性分析的首要问题。 本文根据收敛约束法原理，考虑隧道三维受力状态，基于轴对称弹性理论，对纵向位移曲线（LDP）开展研究；基于广义章-朱强度准则（GZZstrengthcriterion）及应变软化围岩峰后强度非线性软化假定，对深埋圆形隧洞周边应力、位移分布特征开展研究。 （1）已有纵向位移曲线（LDP）研究，只拟合了“位移值释放率”与“掌子面距离比”之间的数量关系，却无法解释二者的深层次力学联系。本文建立掌子面后方围岩轴对称弹性模型，利用虚宗量贝塞尔方程求解应力函数，获得含有虚宗量贝塞尔函数、虚宗量汉克函数的解析解；并进一步选择柱径比n1、内边界正应力比k1、泊松比μ开展参数影响研究。 （2）对洞壁位移解析解无量纲化处理，获得一种新的LDP表达式，该表达式包含掌子面位移释放率u0*、掌子面效应作用距离比β两个参数；利用该式获得的预测值，与北山坑探岩石巷道位移试验数据吻合，精度远优于已有LDP。 （3）深埋隧道围岩稳定性分析，应采用与围岩三向受力特征相匹配的三维强度准则。本文将广义章-朱强度准则（GZZstrengthcriterion）引入应变软化围岩塑性分析，利用算例定量研究三维强度准则及中主应力系数b对结果的影响；并将上述解法与基于Hoek-Brown强度准则的引入面外应力解法，进行对比分析。 （4）近年来岩石力学试验研究表明，应变软化围岩峰后强度软化具有非线性特征。本文假定应变软化围岩峰后强度以二次曲线形式软化，利用算例定量分析二次曲线软化规律对结果的影响，并选择峰值剪胀角Φ、临界剪应变η*两个参数开展参数影响研究。 （5）建平隧道施工中，由于对深埋隧道围岩变形控制值认识模糊和无法有效判定，导致该隧掘进速度慢、施工进度严重滞后。本文基于现场围岩GSI值确定围岩强度参数，应用上述研究成果分析隧洞周边应力分布特征，确定洞壁位移控制值，指导该隧安全施工。然后，利用三维数值模拟优化上台阶高度，并细化关键工序，实现初支结构及早闭合，指导该隧快速施工。最终，实现该隧提前贯通，取得了良好的工程应用效果。 |
| 作者： | 杜文 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 王永红 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
检索历史
应用推荐
