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温度影响下隧道穿越活动断裂带围岩稳定性研究
| 论文题名： | 温度影响下隧道穿越活动断裂带围岩稳定性研究 |
| 关键词： | 隧道工程;施工期;活动断裂带;温度场;应力场;位移场;围岩变形 |
| 摘要： | 某工程沿线地质环境极其复杂、不良地质发育、地震活动频发、地温异常带密布，受深大断裂的影响，沿线水热活动频繁强烈，高地温问题突出，隧道在修建过程中不可避免的遭遇高温问题。此外，受印度板块和亚洲板块的挤压，青藏高原地区存在强烈的构造运动，从而产生了密集的活动断裂带。由于活动断裂带分布密集，某工程沿线不可避免的要穿越活动断裂带。隧道在穿越活动断裂带时，由于大位移蠕滑错动导致活动断裂带岩体松散破碎，从而使隧道结构易发生变形破坏，在隧道施工过程中甚至会发生塌方冒顶等严重事故，对隧道的施工及运营产生了严重的影响。尤其是隧道穿越高温导热活动断裂时，隧道围岩受活动断裂和温度应力的影响，围岩应力场发生复杂的变化，严重影响隧道施工的安全性。目前分别研究高地温隧道或者跨活动断裂隧道的成果较多，针对温度影响下隧道穿越活动断裂带的研究较少。因此，深入研究高地温隧道在施工期穿越活动断裂带时围岩的稳定性具有重要意义。 本文基于某隧道工程，采用理论研究、数值模拟和模型试验的方法，系统的研究了温度影响下隧道穿越活动断裂带时温度场、应力场和位移场的变化规律，建立了高地温隧道围岩温度场和应力场计算模型，总结了温度影响下隧道穿越活动断裂带围岩变形特点，分析了隧道围岩的变形规律，开展了温度影响下隧道施工期穿越活动断裂带的地质力学模型试验，本文的主要研究内容如下: (1)基于热力学相关理论，结合能量守恒定律和傅里叶导热定律，推导了隧道围岩温度场分布计算公式。结合隧道围岩地应力场数学公式与隧道围岩热应力场数学公式，推导了高地温隧道围岩应力场数学模型，并建立了适用于本文模型的应力场解析公式。 (2)依托某隧道工程，采用ANSYS数值模拟软件，建立了温度影响下隧道穿越活动断裂带数值模型。通过有限元软件研究了温度影响下隧道穿越断层和活动断裂带两种情况下隧道围岩的应力场和位移场变化特点，分析了开挖过程中温度对隧道围岩应力及变形规律，得出了温度对隧道围岩变形的影响特征，为温度影响下隧道穿越活动断裂带研究提供了重要的理论依据。 (3)基于某隧道工程，依托自主研发的模型试验系统，开展了温度影响下隧道穿越活动断裂带模型试验研究。分析了隧道在温度加载、应力加载、开挖扰动和断层错动四种情况下的围岩应力及温度的变化，总结了隧道围岩温度荷载、力荷载、开挖扰动和断层错动挤压作用下的应力变化特性，揭示了温度影响下隧道施工期围岩的温度及应力变化规律。 |
| 作者： | 陈洪 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 薛翊国;邱道宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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