本文關(guān)鍵詞：考慮峰后特性的隧道圍巖錨桿支護(hù)力學(xué)機(jī)制

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【摘要】：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,深部地下工程的開發(fā)利用已成為發(fā)展趨勢(shì),尤其是在隧道工程,采礦工程,水電國(guó)防等工程領(lǐng)域。深部巖體工程處于復(fù)雜的,高應(yīng)力地質(zhì)環(huán)境中,巖體節(jié)理普遍存在,在高地應(yīng)力擾動(dòng)下表現(xiàn)出與淺埋巖體不同的力學(xué)響應(yīng),巖體表現(xiàn)出峰后應(yīng)變軟化特性和擴(kuò)容特性。峰后圍巖給深部開采工程中的隧道圍巖支護(hù)帶來一系列棘手問題,因此,深入研究深部巖體峰后特征和變形破壞機(jī)理,對(duì)于深部工程圍巖的開挖支護(hù)及安全穩(wěn)定性具有重要的指導(dǎo)意義。本文圍繞處于峰后狀態(tài)的隧道圍巖在全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿支護(hù)下的力學(xué)機(jī)制進(jìn)行研究。峰后狀態(tài)圍巖選用應(yīng)變軟化模型,分別通過理論計(jì)算、數(shù)值模擬,室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯垮^桿支護(hù)對(duì)圍巖應(yīng)力、位移及破壞區(qū)范圍的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,基于錨桿粘結(jié)抗滑移變形支護(hù)抗力產(chǎn)生原理,導(dǎo)得錨桿軸向應(yīng)力及抗剪強(qiáng)度方程。將全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿通過巖石 錨固面對(duì)圍巖提供的支護(hù)力等效為圍巖單元徑向體積力,并考慮錨桿對(duì)圍巖力學(xué)性能的改變,建立了考慮錨桿支護(hù)效應(yīng)的微元體平衡方程;將該平衡方程分別與考慮峰后體積擴(kuò)容及軟化特征的殘余帶、軟化帶塑性相容方程聯(lián)合,推出了隧道峰后圍巖殘余區(qū)、軟化區(qū)在注漿錨桿支護(hù)下位移、應(yīng)力及范圍的計(jì)算公式。基于理論研究的實(shí)例分析,進(jìn)一步揭示了注漿錨桿與圍巖內(nèi)部錨固效應(yīng),錨桿端部預(yù)緊力對(duì)峰后圍巖軟化、擴(kuò)容性質(zhì)的改善作用和對(duì)圍巖各區(qū)范圍發(fā)展及隧道周邊變形的控制作用。其次,通過數(shù)值模擬研究了錨桿支護(hù)對(duì)峰后圍巖的支護(hù)效應(yīng)�；贛ohr-Coulomb峰后應(yīng)變軟化的遍布節(jié)理模型,建立了臨界塑性剪切應(yīng)變?chǔ)?與支護(hù)阻力的耦合關(guān)系;根據(jù)錨桿加固機(jī)理,將錨固作用后圍巖的力學(xué)參數(shù)嵌入到應(yīng)變軟化模型中;將臨界塑性軟化系數(shù)η*影響下的應(yīng)變軟化模型嵌入有限差分FLAC3D中,并通過對(duì)錨桿支護(hù)下的圍巖震蕩應(yīng)力場(chǎng)等分析,研究不同錨桿支護(hù)長(zhǎng)度對(duì)深部洞室圍巖分層破裂范圍及應(yīng)力、變形的影響。數(shù)值研究分析表明:考慮錨桿支護(hù),圍巖分層破裂化現(xiàn)象明顯減弱;支護(hù)條件下的圍巖應(yīng)力場(chǎng)、位移及破裂區(qū)范圍與未支護(hù)時(shí)差異明顯。最后,根據(jù)相似理論,進(jìn)行材料配比試驗(yàn),構(gòu)建考慮錨桿支護(hù)的室內(nèi)相似模型,監(jiān)測(cè)洞室開挖后拱頂、拱腰圍巖應(yīng)力、應(yīng)變和位移變化規(guī)律,將考慮錨桿支護(hù)的隧道模型與毛洞進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證錨桿的支護(hù)效應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：隧道工程 應(yīng)變軟化 軟巖擴(kuò)容 錨桿支護(hù) 塑性剪切應(yīng)變
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U455.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 地下洞室圍巖應(yīng)變軟化與塑性擴(kuò)容研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 理論解析方面14-15
• 1.2.2 數(shù)值模擬方面15
• 1.2.3 試驗(yàn)研究方面15-16
• 1.3 錨桿支護(hù)理論及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容及方法17-19
• 第2章 深部圍巖應(yīng)變軟化模型及錨桿支護(hù)理論19-35
• 2.1 圍巖應(yīng)力和位移的彈塑性分析19-25
• 2.1.1 Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則19-20
• 2.1.2 圍巖的塑性判據(jù)20-21
• 2.1.3 圍巖應(yīng)力的彈塑性分析21-24
• 2.1.4 圍巖位移的彈塑性分析24-25
• 2.2 基于連續(xù)介質(zhì)理論的巖體應(yīng)變軟化模型25-28
• 2.2.1 巖體峰后應(yīng)變軟化行為25-27
• 2.2.2 Mohr-Coulomb應(yīng)變軟化模型27-28
• 2.3 深部節(jié)理圍巖擴(kuò)容特性28-30
• 2.4 錨桿支護(hù)理論30-31
• 2.5 軟巖隧道圍巖分區(qū)及支護(hù)荷載的確定31-33
• 2.6 三維有限差分軟件介紹33-35
• 第3章 基于峰后特征的隧道圍巖錨桿支護(hù)力學(xué)研究35-51
• 3.1 概述35
• 3.2 基本假設(shè)和力學(xué)模型35-42
• 3.2.1 基本力學(xué)模型35-36
• 3.2.2 圍巖彈塑性軟化與殘余模型36-38
• 3.2.3 圍巖彈塑性擴(kuò)容模型38-39
• 3.2.4 錨桿力學(xué)分析39-42
• 3.3 隧洞圍巖彈塑性分析42-46
• 3.3.1 洞室圍巖應(yīng)力、位移的分析42-45
• 3.3.2 塑性軟化區(qū)和殘余區(qū)范圍45-46
• 3.4 計(jì)算與討論46-50
• 3.4.1 軟化特性對(duì)圍巖塑性區(qū)應(yīng)力與范圍影響47-48
• 3.4.2 支護(hù)特性對(duì)圍巖塑性區(qū)應(yīng)力與范圍影響48-49
• 3.4.3 擴(kuò)容特性與支護(hù)阻力對(duì)圍巖塑性區(qū)位移影響49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 考慮錨桿支護(hù)的深部圍巖分層破裂數(shù)值模擬51-67
• 4.1 概述51-53
• 4.2 基本理論與計(jì)算模型53-57
• 4.2.1 Mohr-Coulomb峰后應(yīng)變軟化模型53-54
• 4.2.2 變化圍壓下臨界塑性軟化系數(shù)54-57
• 4.2.3 錨桿支護(hù)作用機(jī)理57
• 4.3 數(shù)值模擬及計(jì)算方案57-58
• 4.4 數(shù)值模擬結(jié)果及機(jī)制分析58-66
• 4.4.1 圍巖應(yīng)變軟化分層破裂現(xiàn)象58-59
• 4.4.2 洞室圍巖在不同長(zhǎng)度錨桿支護(hù)下應(yīng)力場(chǎng)特征59-62
• 4.4.3 洞室圍巖在不同長(zhǎng)度錨桿支護(hù)下破裂區(qū)范圍特征62-63
• 4.4.4 洞室圍巖在不同長(zhǎng)度錨桿支護(hù)下位移場(chǎng)特征63-65
• 4.4.5 應(yīng)變軟化條件下錨桿結(jié)構(gòu)受力特征65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 深埋隧道錨桿支護(hù)模型試驗(yàn)研究67-80
• 5.1 概述67
• 5.2 模型試驗(yàn)的研究目的與研究?jī)?nèi)容67-69
• 5.2.1 模型試驗(yàn)研究目的67
• 5.2.2 模型試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容67-68
• 5.2.3 模型試驗(yàn)尺寸及材料配比68-69
• 5.3 深埋洞室室內(nèi)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)69-77
• 5.3.1 模型相似材料的選擇及力學(xué)參數(shù)測(cè)試69-72
• 5.3.2 隧道模型的制作過程72-77
• 5.4 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)對(duì)比分析77-78
• 5.4.1 不同工況下圍巖變形量對(duì)比77-78
• 5.4.2 毛洞與錨桿支護(hù)模型試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)力對(duì)比78
• 5.5 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)語80-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 致謝88-89
• 附錄A (攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研情況)89

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