挤压性隧洞围岩卸荷力学响应规律及预测研究

发布时间：2017-04-14 06:23

  本文关键词：挤压性隧洞围岩卸荷力学响应规律及预测研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：隧洞挤压性变形破坏是地下工程建设中常见的一种灾害类型,对挤压性隧洞围岩卸荷力学响应规律和预测方法进行研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。目前,在轴对称应力场条件下隧洞围岩解析解研究已经取得了较好进展,但非轴对称应力场条件下隧洞围岩力学响应的解析解研究则相当不成熟,也尚未取得公认的成果。鉴于此,通过分析非轴对称应力场条件下解析解存在的问题,以挤压性隧洞为对象,引入径向应力分解新形式,推导了非轴对称应力场条件下隧洞在毛洞和考虑支护时弹塑性解析新解,并在此基础上进一步推导了考虑脆一延转换、时间效应情况下的隧洞围岩卸荷力学响应的解析解,为开展非轴对称应力场作用下隧洞卸荷力学影响规律分析及预测工作奠定了理论基础。本文的研究工作具体如下：(1)探讨了非轴对称应力场条件时隧洞围岩解析解存在弹塑性交界处的径向应力分解的问题。通过将弹塑性交界处的径向应力分解为轴对称应力场时与cos 2θ无关的径向应力以及两侧受拉两侧受压应力场时与cos2θ相关的径向应力等径向应力分解新形式,推导了非轴对称应力场作用下圆形隧洞在毛洞和支护时围岩弹塑性解析新解,给出了侧压系数λ的适用范围,分析了初始地应力、侧压系数、支护形式及支护力对隧洞围岩塑性区深度和洞周位移的影响规律。(2)通过引入考虑围压效应的脆-延转换公式,结合非轴对称应力场作用下隧洞弹塑性解析解,进一步推导了考虑脆-延转换效应的隧洞围岩卸荷力学响应的解析解计算方程,分析和预测了考虑脆-延转换情况下隧洞围岩的卸荷力学响应规律。(3)通过引入考虑开挖掌子面空间效应的Vlachopoulos计算公式,结合非轴对称应力场作用下隧洞的弹塑性解析解,分析和预测了隧洞围岩变形沿隧洞轴线的演化规律。(4)通过引入考虑凝聚力c值应力侵蚀的时效模式和考虑地应力释放的时效模式,结合非轴对称应力场作用下隧洞的弹塑性解析解,建立了两种非轴对称应力场作用下隧洞卸荷时效力学响应的解析解,分析和预测了隧洞围岩卸荷时效力学响应的演化规律。
【关键词】：挤压型隧洞 非轴对称应力场 隧洞弹塑性解析解 隧洞卸荷时效力学解析解 考虑围压效应的脆-延转换 变形的空间效应 卸荷时效力学响应规律 变形破坏预测
【学位授予单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 选题依据和研究意义10-15
• 1.1.1 选题依据10-14
• 1.1.2 研究意义14-15
• 1.2 国内外研究现状及发展状态15-21
• 1.3 本文研究目标、内容及技术路线21-24
• 1.3.1 研究目标21-22
• 1.3.2 研究内容22
• 1.3.3 采用的技术路线22-24
• 第二章 轴对称应力场下隧洞理想弹塑性计算基础理论24-30
• 2.1 基本假定24-25
• 2.2 围岩应力场分布25-27
• 2.3 围岩弹性区变形27-28
• 2.4 围岩塑性区变形28-29
• 2.5 小结29-30
• 第三章 非轴对称下隧洞围岩卸荷力学响应规律研究30-58
• 3.1 隧洞弹塑性解析解31-48
• 3.1.1 基本假定31
• 3.1.2 应力场分布31-40
• 3.1.3 围岩弹性区的变形40-42
• 3.1.4 围岩塑性区变形42-44
• 3.1.5 支护形式和支护力计算44-48
• 3.2 验证与对比48-53
• 3.2.1 解析解分析结果验证48-51
• 3.2.2 与前人结果对比51-53
• 3.3 隧洞围岩力学响应规律53-57
• 3.4 小结57-58
• 第四章 考虑应变软化非轴对称荷载下圆形隧洞弹塑性分析58-68
• 4.1 岩石本构模型与屈服准则58-60
• 4.2 弹性区应力场分布及位移60-61
• 4.3 塑性区位移及应力场分布61-65
• 4.4 隧洞围岩力学响应规律65-67
• 4.5 小结67-68
• 第五章 考虑空间效应非轴对称荷载下隧洞的弹塑性分析68-74
• 5.1 考虑开挖掌子面的空间效应影响68-69
• 5.2 算例计算与围岩变形规律分析69-71
• 5.3 工程应用71-73
• 5.4 小结73-74
• 第六章 非轴对称荷载下隧洞围岩卸荷时效力学演化规律74-85
• 6.1 考虑凝聚力c值应力侵蚀的围岩卸荷时效力学响应分析理论74-76
• 6.2 c值时效弱化参数敏感性分析76-80
• 6.3 考虑地应力时效释放的围岩卸荷时效力学响应分析理论80-82
• 6.4 地应力时效释放参数敏感性分析82-84
• 6.5 小结84-85
• 第七章 结论与展望85-88
• 7.1 主要结论85-86
• 7.2 展望86-88
• 参考文献88-93
• 附录93-94
• 致谢94

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