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深埋隧道断裂滑移型岩爆机理及灾变过程分析
| 论文题名： | 深埋隧道断裂滑移型岩爆机理及灾变过程分析 |
| 关键词： | 深埋隧道;持续开挖;断裂面;剪切滑移;岩爆机理 |
| 摘要： | 当前我国交通和水利水电工程建设重心正逐渐向西南山区转移，以川藏铁路为代表的一系列关系民族振兴的重大工程正建或待建。受到西南地区断裂构造发育、构造应力突出的影响，建设于硬岩岩性带的隧道工程极易遭遇断裂滑移型岩爆灾害。在隧道持续开挖及开挖扰动作用下，断裂构造应力状态的改变将使断裂滑移型岩爆表现出新的特征。本文采用理论分析、室内试验与数值模拟相结合的方法，分别开展了穿过大型断裂面深埋隧道开挖效应下断裂构造应力演化研究、考虑持续开挖断裂面剪切滑移规律及断裂滑移型岩爆机理研究、断裂滑移型岩爆灾害过程及能量演化过程岩爆判据研究和岩爆防治措施研究，取得了以下研究成果： （1）当隧道在断裂面下方开挖时，断裂面正应力下降，剪应力增加；当隧道在断裂面上方开挖时，掌子面过断裂面后断裂面正应力下降，剪应力增加；扰动荷载作用下，断裂面上应力将出现波动；持续开挖下，断裂面应力将持续出现以上特征，且掌子面距离断裂面越近，应力升、降的幅度也就越大。 （2）常规应力路径下断裂面剪切滑移可分稳定滑移阶段、粘滑阶段Ⅰ、粘滑阶段Ⅱ三个阶段，应力降集中于稳定阶段末和粘滑阶段Ⅱ；法向应力越大，断裂面强度越高，破坏时产生的应力降越大，随剪切破坏产生的AE信号和声音信号越强烈，断裂面磨损区域、试样表面发育拉裂纹越多，爆坑面积越大。 （3）持续开挖下，初始法向应力、扰动荷载越大，断裂面剪切破坏前经历的开挖步越多，破坏时的剪应力降越大，破坏特征越明显；每步开挖后应力调整时，均伴随AE信号，但破坏时AE信号和声音信号最明显；持续开挖下断裂面破坏时剪应力降、弹性应变能较常规应力更低，故持续开挖作用下岩爆更易发生，但岩爆烈度下降。 （4）穿过大型断裂面深埋隧道开挖期间，断裂面附近围岩位移较大、应力集中明显、弹性应变能密度较高，具有较高岩爆倾向，且该位置发生断裂滑移型岩爆后，弹性应变能大量释放；基于岩爆发生时弹性应变能将急速、大量释放的特征，提出了考虑隧道围岩能量变化过程的岩爆能量判据NERI。 （5）以秦岭输水隧洞4号支洞穿过断裂面岩爆段为例，开展三维离散元数值仿真，结果显示NERI指标能较为准确预测岩爆位置与等级，可靠性较高；对比无支护、优化开挖进尺和锚喷支护后隧道NERI（NewEnergyRockburstIndex）的变化，发现优化开挖进尺较锚喷支护更能降低岩爆烈度，但防治岩爆仍需多种措施同时并用。 |
| 作者： | 朱斌忠 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 郭佳奇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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