突泥災(zāi)害是威脅隧道等地下工程施工安全的一種多發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害,具有破壞性強(qiáng)、危害性大的特點(diǎn)。大型突泥災(zāi)害(突泥量10000m3),極易造成設(shè)備掩埋與損毀、人員傷亡等嚴(yán)重事故,甚至?xí)T發(fā)地表塌陷等次生災(zāi)害。突泥災(zāi)變機(jī)理研究是預(yù)防和治理突泥災(zāi)害的基礎(chǔ)。以往對突泥災(zāi)害的研究,較側(cè)重于地質(zhì)構(gòu)造、地下水、施工擾動等外因?qū)?zāi)害發(fā)生的誘導(dǎo)作用,忽視了致災(zāi)介質(zhì)自身力學(xué)性能對突泥災(zāi)害發(fā)生與否的影響。本文以突泥災(zāi)害致災(zāi)介質(zhì)為研究對象,以粘聚力作為評價其狀態(tài)主要力學(xué)指標(biāo),對致災(zāi)介質(zhì)粘聚力隨孔隙比的變化規(guī)律及其失穩(wěn)臨界粘聚力值,進(jìn)行了理論與試驗(yàn)研究。(1)以69個突泥案例為基礎(chǔ),從致災(zāi)構(gòu)造類型、突泥量、突泥次數(shù)、介質(zhì)成分等方面研究了突泥災(zāi)害特征。揭示了突泥量、突泥次數(shù)與致災(zāi)構(gòu)造類型的關(guān)系。分析了致災(zāi)介質(zhì)固體成分,確定了致災(zāi)介質(zhì)的級配土屬性。(2)以致災(zāi)介質(zhì)力學(xué)性能為內(nèi)因,以影響致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)破壞過程的其它因素(地應(yīng)力、地下水壓力、施工擾動等)為外因,以斷層類突泥為例,建立了突泥災(zāi)變模型。在此基礎(chǔ)上,分析了致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)破壞過程,揭示了孔隙比增大導(dǎo)致的粘聚力減小是致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)破壞的主要原因。(3)以粘聚力作為評價致災(zāi)介質(zhì)狀態(tài)的主要力學(xué)指標(biāo),將土粒簡化為邊長不等的正方體,將土粒排列形式簡化為等間距、有序排列,建立了均勻致災(zāi)介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型,獲得了土粒間距、有效面積率與孔隙比的關(guān)系,推導(dǎo)了致災(zāi)介質(zhì)粘聚力變化函數(shù),揭示了粘聚力隨孔隙比的變化規(guī)律,并通過直剪試驗(yàn)驗(yàn)證了函數(shù)的正確性。(4)設(shè)計(jì)并開展了致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)試驗(yàn),不考慮外因影響,研究了飽和致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)臨界粘聚力。綜合考慮致災(zāi)介質(zhì)強(qiáng)度及其衰減特征,提出了評價致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)風(fēng)險的無量綱指標(biāo)——“可突性指標(biāo)K”,并根據(jù)“可突性指標(biāo)K”對致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)風(fēng)險等級進(jìn)行了劃分。。(5)針對地下水滲流對致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)破壞的影響,以水力梯度表征滲流作用,分析了滲流對土粒失穩(wěn)的影響,獲得了失穩(wěn)臨界粘聚力與水力梯度的正相關(guān)關(guān)系,并分別通過失穩(wěn)試驗(yàn)與數(shù)值模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,考慮滲流對致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)破壞的影響,對致災(zāi)介質(zhì)失穩(wěn)風(fēng)險分級方法進(jìn)行了修正。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U457.5
【部分圖文】：

要表現(xiàn)為：突出物含泥沙量、流動性、工程危害特征等３個方面，其中突出物含??泥沙量是最本質(zhì)的區(qū)別，也是造成流動性及工程危害特征不同的主要原因。相比??突水，突泥災(zāi)害的突出物泥沙含量高、粘度大、流動性差（見圖１－２），井且大型??２??

考慮了充填介質(zhì)整體失穩(wěn)帶來的影響，以地下水壓力作為主要荷載，采用條分法??分析了充填致災(zāi)構(gòu)造內(nèi)介質(zhì)的整體穩(wěn)定性；若把充填介質(zhì)作為突泥災(zāi)害的致災(zāi)介??質(zhì)（見圖１－３），這一方法也可以作為分析突泥災(zāi)害發(fā)生機(jī)理重要借鑒。若能將滲??透失穩(wěn)與條分法有效結(jié)合，從介質(zhì)在地下水滲流作用下的滲透失穩(wěn)性質(zhì)與整體穩(wěn)??定性兩個角度開展突泥機(jī)理研宂，很可能會取得更好的效果。??（３）模型試驗(yàn)研究現(xiàn)狀??模型試驗(yàn)是研宂突泥災(zāi)變機(jī)理最直觀、最有效的方法。但是，模型試驗(yàn)法對??５??

中心研發(fā)的“大型三維隧道突水突泥模型試驗(yàn)系統(tǒng)”［３７］，配備了先進(jìn)的地應(yīng)力與水??壓力加載系統(tǒng)。該系統(tǒng)以江西省吉蓮高速永蓮隧道為原型，幾何縮小比例為１：２０，??夕卜觀尺寸達(dá)到８ｍｘ４．５ｍｘ４．５ｍ?（見圖１－４）。同時，為真實(shí)模擬永蓮隧道突水突泥??過程，研發(fā)了相應(yīng)的地層相似材料ｔ３５］。以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，研宄了突泥災(zāi)害發(fā)生??前后地層滲流場、應(yīng)力場、位移場等物理場信息演化規(guī)律。但是，令人遺憾的是，??６??
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本文編號：2856772