TBM的地質(zhì)適應(yīng)性不佳,在斷層破碎帶、富水裂隙帶與軟硬不均巖層等不良地質(zhì)中容易出現(xiàn)TBM卡機(jī)災(zāi)害,而在深長(zhǎng)隧道TBM施工中軟硬復(fù)合巖層屢見(jiàn)不鮮,因此有必要研究TBM在深埋復(fù)合巖層中掘進(jìn)時(shí)卡機(jī)災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理及防治措施。本文采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論研究及數(shù)值模擬分析相結(jié)合的方法,探究復(fù)合巖層常規(guī)三軸壓縮及流變力學(xué)特性,提出能合理描述復(fù)合巖層力學(xué)行為的力學(xué)模型,據(jù)此分析深長(zhǎng)隧道圍巖變形的時(shí)空演化規(guī)律,結(jié)合ABH工程探究深埋軟硬復(fù)合巖層條件下TBM掘進(jìn)卡機(jī)災(zāi)害控制措施。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)采用水泥、石英砂和水等材料配制了軟、硬兩種類(lèi)巖石材料,制作了不同層間傾角軟硬層狀復(fù)合類(lèi)巖石標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣,進(jìn)行了復(fù)合巖層類(lèi)巖石試樣三軸壓縮流變?cè)囼?yàn),基于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,分析了層間傾角對(duì)復(fù)合巖層流變破壞強(qiáng)度、破壞模式、流變變形及長(zhǎng)期強(qiáng)度的影響規(guī)律。(2)在經(jīng)典Mohr-Coulomb模型及Burgers流變模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)引入累計(jì)損傷演化率,建立了巖石損傷軟化本構(gòu)模型以及巖石損傷流變本構(gòu)模型,用以分別描述巖石在加載過(guò)程中的瞬時(shí)變形及流變變形特性。將本構(gòu)模型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)并用于數(shù)值計(jì)算,基于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型的準(zhǔn)確性及有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,對(duì)比結(jié)果表明模型可以較好反映巖石受力變形及損傷劣化特征。(3)以ABH項(xiàng)目中TBM掘進(jìn)隧道為工程背景,進(jìn)行了深埋復(fù)合巖層中圓形隧洞開(kāi)挖后隧洞圍巖變形及破壞特征物理模型試驗(yàn),研究了隧洞洞周收斂位移及破壞特征,分析了邊界荷載恒定條件下洞周?chē)鷰r內(nèi)部主應(yīng)力及主應(yīng)變演化規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果表明隧洞洞周?chē)鷰r損傷破壞規(guī)律同時(shí)受洞周?chē)鷰r應(yīng)力特征及圍巖巖性特征所控制。(4)進(jìn)行了深埋復(fù)合巖層圓形隧洞開(kāi)挖過(guò)程中圍巖變形及破壞特征數(shù)值模擬研究,探究了層間傾角、層間距、支護(hù)力以及開(kāi)挖暴露時(shí)間對(duì)隧洞洞周?chē)鷰r變形及破壞特征影響規(guī)律。(5)總結(jié)分析了TBM掘進(jìn)卡機(jī)災(zāi)害工程實(shí)例,探究了TBM掘進(jìn)施工隧洞卡機(jī)災(zāi)害防治措施及TBM卡機(jī)脫困方法,以ABH輸水隧洞TBM施工工程為依托工程,采用本文建立的巖石損傷流變本構(gòu)模型,進(jìn)行了TBM掘進(jìn)機(jī)在穿越斷層破碎帶時(shí)TBM機(jī)身與圍巖相互作用數(shù)值計(jì)算,探究了超挖間隙與停機(jī)時(shí)間對(duì)TBM機(jī)身摩阻力的影響規(guī)律,研究結(jié)果將有助于TBM在該區(qū)域中安全快速高效的掘進(jìn)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TV223
【部分圖文】：

巖穩(wěn)定性差、地應(yīng)力增大、地下水賦存復(fù)雜、地層存在瓦斯等問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，而 TBM 的地質(zhì)適應(yīng)性不佳，不如常規(guī)鉆爆法靈活，由此引發(fā)的突涌水、卡機(jī)（盾）、爆炸等工程災(zāi)害屢見(jiàn)報(bào)道，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外 98 例 TBM 施工工程實(shí)例分析后發(fā)現(xiàn)，在 TBM 施工中，圍巖大變形、突涌水、巖爆及瓦斯突出（含煤地層）是導(dǎo)致 TBM 重大工程事故的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，尤其是軟巖大變形造成的卡機(jī)災(zāi)害，所占比例高達(dá) 37%[11]。TBM 施工設(shè)備龐大，設(shè)備造價(jià)高昂，因此 TBM 卡機(jī)災(zāi)害不但造成長(zhǎng)時(shí)間卡機(jī)停工嚴(yán)重威脅設(shè)備和施工作業(yè)人員的安全，嚴(yán)重時(shí)造成護(hù)盾損毀，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度，進(jìn)一步造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重社會(huì)影響。分析我國(guó)典型 TBM 卡機(jī)災(zāi)害案例可以看出，TBM卡機(jī)主要發(fā)生在深部軟硬復(fù)合巖層中，復(fù)合巖層巖性較單一巖層更為復(fù)雜，而深部地層中的高地應(yīng)力和巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)構(gòu)成了圍巖擠壓大變形的基本條件，TBM 開(kāi)挖擾動(dòng)改變了巖體的應(yīng)力狀態(tài)，造成開(kāi)挖擾動(dòng)區(qū)圍巖體相繼進(jìn)入峰前損傷擴(kuò)容和峰后破裂碎脹狀態(tài)使得圍巖產(chǎn)生強(qiáng)烈擠壓大變形[13]。當(dāng)掌子面圍巖快速變形甚至發(fā)生塌方時(shí)，會(huì)導(dǎo)致 TBM機(jī)頭被卡，而當(dāng) TBM 開(kāi)挖時(shí)護(hù)盾區(qū)域圍巖產(chǎn)生的擠壓大變形超過(guò)圍巖與護(hù)盾間的預(yù)留間隙時(shí)，隧洞圍巖與 TBM 護(hù)盾開(kāi)始接觸并產(chǎn)生擠壓力，當(dāng) TBM 掘進(jìn)時(shí)的推進(jìn)力小于圍巖與護(hù)盾間的摩阻力時(shí)就會(huì)造成機(jī)身護(hù)盾被卡甚至被毀，典型 TBM 被卡情形如圖 1-1 所示。隧洞圍巖

博士學(xué)位論文常規(guī)三軸壓縮、循環(huán)加卸載條件及復(fù)雜應(yīng)力路徑下的應(yīng)變響應(yīng)特征，分析了層間縮破裂特征的影響規(guī)律；Gholamreza 等[25]進(jìn)行了層狀復(fù)合砂巖單軸壓縮及巴西劈著重分析了不同層間傾角下砂巖破裂面衍生規(guī)律，給出了層狀砂巖在單軸壓縮及條件下的破壞模式；Ramamurthy[26]總結(jié)了前人關(guān)于復(fù)合巖層力學(xué)特性與層間傾角系，指出復(fù)合巖層抗壓強(qiáng)度隨層間傾角的演化規(guī)律主要呈 U 型（U-type）、波ndulatory type）及雙肩型（Shoulder type）三種。

路線析和數(shù)值計(jì)算三者相結(jié)合的4 所示，具體研究方法如下試驗(yàn)，分析層間傾角對(duì)復(fù)合破壞特征。進(jìn)行復(fù)合巖層中周?chē)鷰r變形及破壞特征及其驗(yàn)驗(yàn)證中。模型進(jìn)行復(fù)合巖層 TBM 掘合巖層中隧道開(kāi)挖過(guò)程中道洞周變形破壞的關(guān)鍵點(diǎn)，比等。研究背景，研究 TBM 掘進(jìn)時(shí)間、及超挖間隙對(duì) TBM提出深埋復(fù)合巖層 TBM 深部復(fù)合巖層 TBM 卡機(jī)災(zāi)害控制機(jī)理研究
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 謝和平;高峰;鞠楊;;深部巖體力學(xué)研究與探索[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年11期

2 陳衛(wèi)忠;肖正龍;田洪銘;;深埋高地應(yīng)力TBM隧道擠壓大變形及其控制技術(shù)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年11期

3 張龍?jiān)?張強(qiáng)勇;李術(shù)才;江力宇;袁圣渤;楊尚陽(yáng);楊文東;;硬脆性巖石卸荷流變?cè)囼?yàn)及長(zhǎng)期強(qiáng)度研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年10期

4 溫森;楊圣奇;董正方;趙麗敏;;深埋隧道TBM卡機(jī)機(jī)理及控制措施研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2015年07期

5 殷鵬飛;楊圣奇;曾衛(wèi);;含單裂隙復(fù)合巖層強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展特征模擬研究[J];應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào);2015年03期

6 吳順川;耿曉杰;高永濤;趙國(guó)軍;李健;嚴(yán)瓊;;基于廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的隧道縱向變形曲線研究[J];巖土力學(xué);2015年04期

7 黃興;劉泉聲;劉濱;劉學(xué)偉;崔先澤;;TBM圍巖擠壓大變形特性分析與等級(jí)劃分[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2015年02期

8 洪開(kāi)榮;;我國(guó)隧道及地下工程發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];隧道建設(shè);2015年02期

9 陳亮;劉建鋒;王春萍;劉健;王駒;;不同溫度及應(yīng)力狀態(tài)下北山花崗巖蠕變特征研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年06期

10 徐鵬;楊圣奇;;循環(huán)加卸載下煤的黏彈塑性蠕變本構(gòu)關(guān)系研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 汪成兵;軟弱破碎隧道圍巖漸進(jìn)性破壞機(jī)理研究[D];同濟(jì)大學(xué);2007年

2 陳沅江;巖石流變的本構(gòu)模型及其智能辨識(shí)研究[D];中南大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2835845