千枚岩各向异性本构模型开发及其在隧道工程中的应用

发布时间：2023-06-05 05:00

　　千枚岩地层具有显著的强度各向异性和变形各向异性特征,对千枚岩隧道的施工力学特性具有重要影响。目前工程中采用的设计及施工方法普遍基于各向同性理论,忽视了地层各向异性对隧道开挖力学行为的影响。本文以高地应力陡倾千枚岩隧道实际工程为研究背景,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等技术手段,运用了理论推导、本构模型开发、灾害调查和数值模拟等方法,对千枚岩地层隧道的力学行为开展了深入的研究。本文所开展的主要研究工作及成果有:(1)绿泥千枚岩的主要矿物成分有石英、绿泥石和伊利石等,千枚岩微观上具有“薄片状”结构,通过各向同性矿物薄片叠合的方式形成千枚岩,使千枚岩宏观上具有横观各向同性力学性质;(2)对能够同时考虑层状岩体强度各向异性和变形各向异性的增量弹塑性本构模型(横观各向同性弹塑性遍布节理模型)进行了理论完善、二次开发和数值验证,结果显示该本构模型能够较好的描述千枚岩的强度各向异性和变形各向异性特征;(3)讨论了单弱结构面理论对层状岩体强度各向异性描述的有效性,推导了横观各向同性材料空间弹性模量曲面及弹性变形各向异性曲线理论公式,并说明了层状岩体的弹性变形各向异性曲...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
主要符号说明
第1章 绪论
    1.1 选题背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 层状岩石各向异性力学性质研究现状
        1.2.2 层状岩体力学本构模型研究现状
        1.2.3 层状岩体隧道力学问题研究现状
    1.3 依托工程概况
        1.3.1 隧址区地质情况
        1.3.2 初始地应力分布
        1.3.3 支护结构及施工方法
    1.4 主要研究内容及技术路线
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 技术路线
第2章 千枚岩各向异性本构模型开发
    2.1 千枚岩微观结构及宏观力学特性
    2.2 横观各向同性弹塑性遍布节理模型开发
        2.2.1 本构模型原理
        2.2.2 强度准则
        2.2.3 塑性流动法则与应力校正方程
        2.2.4 本构模型二次开发
    2.3 层状岩体各向异性评价方法
        2.3.1 强度各向异性评价
        2.3.2 弹性各向异性评价
    2.4 千枚岩各向异性数值试验
    2.5 本章小结
第3章 陡倾千枚岩隧道灾变机理及本构模型有效性验证
    3.1 陡倾千枚岩隧道灾变现象
    3.2 隧道模型建立及物理力学参数
    3.3 隧道计算结果及灾变机理分析
        3.3.1 围岩破坏模式分析
        3.3.2 围岩最大主压应力及应力集中系数
        3.3.3 围岩位移模式分析
        3.3.4 陡倾千枚岩隧道灾变机理分析
    3.4 本章小结
第4章 千枚岩地层无支护圆形隧道力学行为规律
    4.1 极限侧压力系数方程及工况拟定
    4.2 围岩破坏模式
    4.3 洞周围岩压应力集中特征
    4.4 洞周围岩位移模式
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 有待进一步研究的问题
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况
    一、发表论文
    二、参加科研情况



本文编号：3831734