【摘要】：昔格達(dá)組地層是我國西南地區(qū)特有的一種河湖相沉積半成巖,其工程地質(zhì)情況較差。該地層多為(砂質(zhì))粘土巖與粉細(xì)砂巖或泥質(zhì)粉砂巖互層,天然少水情況下承載能力尚可,遇水即易泥化崩解,圍巖強(qiáng)度明顯降低,較難自穩(wěn)。隨著十三五規(guī)劃的逐步實(shí)施,在該地層中修建大斷面交通隧道工程也逐漸增多,國內(nèi)對昔格達(dá)組地層的圍巖相關(guān)研究也剛剛起步,如何研究好圍巖變形問題是解決昔格達(dá)組地層隧道安全掘進(jìn)的重要前提。除現(xiàn)場試驗(yàn)外,數(shù)值模擬也是一種能有效解決巖土問題的手段,且因其使用方便、模擬條件多樣可控而受到廣泛推廣。進(jìn)一步地講,本構(gòu)模型的選擇是巖土問題模擬研究的重要一環(huán)。一個(gè)合適的本構(gòu)模型能讓數(shù)值模擬分析更接近于真實(shí)情況,從而達(dá)到事半功倍的效果。因此,本文以成昆鐵路復(fù)線多座穿越昔格達(dá)組地層的隧道為工程依托,采用文獻(xiàn)調(diào)研、現(xiàn)場試驗(yàn)與取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論推導(dǎo)、計(jì)算機(jī)編程等手段,對昔格達(dá)土的工程特性和粘土巖的結(jié)構(gòu)性進(jìn)行分析,進(jìn)而對適用于昔格達(dá)粘土巖的本構(gòu)模型展開研究,并得到了以下主要研究結(jié)論和成果。(1)通過大量資料調(diào)研,歸納出昔格達(dá)組地層巖土具有以下特征:天然含水率不高,密度較一般巖石小,孔隙比較大,壓縮性中等,天然抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度較高、但浸水后降幅明顯,粘土巖以親水的伊利石、綠泥石為主,為弱透水介質(zhì)。昔格達(dá)粘土巖的礦物成分、沉積過程和時(shí)間效應(yīng)分析表明其結(jié)構(gòu)性較強(qiáng);通過原狀土、重塑土的固結(jié)試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)分析了其壓縮曲線、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線和超靜孔壓變化的不同,說明了天然昔格達(dá)粘土巖具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性。(2)通過重塑土三軸試驗(yàn)研究表明,昔格達(dá)粘土巖應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與諸多因素有關(guān)。圍壓對偏應(yīng)力峰值影響很大,且呈正相關(guān);含水率與偏應(yīng)力峰值呈負(fù)相關(guān);而在其他條件相同時(shí),干密度增加、排水剪切和降低剪切速率都會使偏應(yīng)力峰值增大;不同應(yīng)力路徑中,常規(guī)三軸試驗(yàn)對應(yīng)的偏應(yīng)力峰值最大。(3)通過模擬三軸試驗(yàn)表明修正劍橋模型計(jì)算出的試樣側(cè)向變形和超靜孔壓變化規(guī)律比M-C模型、D-P模型更符合昔格達(dá)粘土巖室內(nèi)三軸試驗(yàn)結(jié)果;通過模擬堆載預(yù)壓也表明修正劍橋模型在計(jì)算地基沉降、水平位移和超靜孔壓變化規(guī)律方面比另兩種模型更適合。數(shù)值模擬結(jié)果還表明ABAQUS修正劍橋模型的8個(gè)參數(shù)中敏感度較高的是初始孔隙比、臨界狀態(tài)線斜率、泊松比、各向等壓壓縮曲線斜率和回彈曲線斜率。(4)利用損傷力學(xué)和修正劍橋模型屈服破壞準(zhǔn)則,根據(jù)沈珠江提出的巖土損傷理論建立損傷變量函數(shù),進(jìn)而推導(dǎo)了昔格達(dá)粘土巖應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的彈塑性損傷矩陣。該本構(gòu)關(guān)系中需要確定9個(gè)模型參數(shù),對應(yīng)了 12個(gè)試驗(yàn)參數(shù);給出了本構(gòu)模型在ABAQUS的用戶材料子程序UMAT中的實(shí)現(xiàn)流程,并利用FORTRAN語言編寫了源代碼。(5)通過單向固結(jié)試驗(yàn)的數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證了昔格達(dá)粘土巖彈塑性損傷本構(gòu)模型的可行性;利用新模型對昔格達(dá)粘土巖地層中隧道三臺階臨時(shí)仰拱法開挖圍巖變形進(jìn)行了預(yù)測,結(jié)果表明彈塑性損傷本構(gòu)模型比修正劍橋模型更符合實(shí)際監(jiān)測變形量。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U455.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳智星;;淺談昔格達(dá)地層隧道施工技術(shù)與安全控制措施[J];四川建材;2016年03期

2 魏建貴;黃雙華;汪杰;;施工隧道穿越昔格達(dá)地層失效機(jī)制及對策[J];山西建筑;2016年06期

3 文麗娜;白志勇;;昔格達(dá)地層路塹邊坡防護(hù)措施建議[J];西南公路;2014年04期

4 周罕;曹平;張科;;昔格達(dá)組黏土巖和粉砂巖現(xiàn)場直剪試驗(yàn)研究[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年10期

5 文麗娜;符文熹;;雅瀘高速公路昔格達(dá)地層地基穩(wěn)定性分析[J];西南公路;2013年02期

6 林志宇;;攀西地區(qū)昔格達(dá)組工程地質(zhì)特征研究[J];科技視界;2013年11期

7 王維早;許強(qiáng);;昔格達(dá)土路基填料壓實(shí)度影響因素的試驗(yàn)研究[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年06期

8 王朝陽;許強(qiáng);倪萬魁;劉海松;;非飽和原狀黃土的非線性損傷本構(gòu)模型研究[J];巖土力學(xué);2010年04期

9 郝剛立;王維早;;泥巖含量對昔格達(dá)土路基強(qiáng)度指標(biāo)的影響[J];長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

10 薛尚鈴;聶影;肖啟華;梁義聰;傅征耀;;攀西地區(qū)昔格達(dá)土層用作大型基地高填方地基填料研究[J];巖土工程界;2009年11期

，

本文編號：2528896