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为了满足社会与经济发展日益增长的需求,人类在向空中发展的同时,对地下空间的开发也不断地向深部发展,使得人们将会面对更多高地应力环境下的岩石地下工程,而这些工程在建设中要面对新的不同于浅埋工程的岩石力学问题,其中优质硬岩的蠕变就是一个很重要的岩石力学行为。
本文结合锦屏二级水电站工程对深埋岩石蠕变行为进行研究,论文的主要研究内容如下:
(1)介绍了本文的主要研究工具一粒子群算法的基本原理,并研究其在蠕变模型参数反演和初始地应力反演中的应用。根据本文的需要以及粒子群算法和最小二乘法可以互补的特点,提出粒子群.最小二乘法的优化算法。
(2)对锦屏二级水电站的大理岩、板岩及软弱夹层进行剪切蠕变试验,对试验结果进行初步分析认为,岩石蠕变过程中,蠕变模型的部分参数与应力大小及蠕变时间有关,即,部分参数在蠕变过程中表现为非定常性。
(3)在对试验结果以及广义Kelvin和Burgers模型参数的分析的基础上,提出了非定常参数蠕变模型,从岩石材料的不均匀性和岩石材料的蠕变机理对该模型进行解释,通过试验进行验证。
(4)由非定常参数剪切蠕变模型导出非定常参数单轴压缩蠕变西原模型,以此为基础推导出三维非定常参数西原模型,并对三维模型参数的确定方法进行研究。
(5)在VC++中编制了非定常参数西原模型程序,并编译成可供FLAC3D调用的动态链接库,对其正确性进行了验证。
(6)根据锦屏二级水电站工程的实测地应力位置,建立了以长探洞为中心的地应力反演模型。采用施加边界应力的方法替代构造应力,并采用粒子群-最小二乘法反演构造应力,由构造应力和重力计算得出工程区域的初始地应力场,为隧洞开挖提供地应力参考。
(7)根据现有的试验资料以及初始地应力的反演结果,采用本文编制的模型对锦屏二级水电站工程区中有监测变形的辅助洞BK14+245~BK14+45段进行模拟开挖,分析围岩的流变特性,并对隧洞开挖过程中以及成洞以后围岩的应力变化和位移变化进行分析,并对隧洞的长期稳定性进行了研究。