高地应力软岩隧道变形特征研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:longfire6082
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随着我国西部大开发、川藏铁路、“一带一路”等国家战略的实施部署,西部地区的交通基础设施建设成为西部大开发的任务之首。对于高地应力软岩隧道工程特性、力学特性、变形机制和发展演变规律分析,目前多以传统理想弹塑性理论为基础,忽略高地应力软岩力学特性演变过程,在高地应力水平时的围岩计算位移与实际差距甚大。本文以新乌鞘岭隧道中典型的F5断层带挤压性围岩区段为背景,以收集的六组千枚岩三轴压缩应力应变曲线试验资料为基础,分析三轴应力和应变软化对围岩力学参数的影响规律,开展隧道施工过程的数值模拟,研究基于三轴应力和应变软化的隧道围岩应力与位移分布规律。主要完成的工作有:(1)利用收集的文献中千枚岩三轴压缩试验资料,统计分析得到不同三轴应力条件下围岩的力学参数,其中包括围岩的弹性模量、黏聚力、泊松比和摩擦角。利用Origin软件进行数据拟合,得到以截距和斜率表达的围岩力学参数关系规律;明确三轴压力对软岩力学参数的影响规律,建立典型软岩变形与强度参数随围压变化的计算方法。(2)软岩峰值强度与残余强度相差较大,考虑岩体应力-应变曲线后区特征、即应变软化对软岩隧道稳定性分析尤为重要。本文将围岩弹塑性区的应力状态细分为:残余(应力)区、塑性区和弹性区,对每个区域内围岩力学参数按其三轴应力水平和应变阶段分别赋值。(3)采用FLAC3D软件对隧道稳定性进行数值模拟,分为四种工况:不考虑围岩力学参数变化(传统计算方法)、仅考虑围压强化作用、仅考虑塑性应变软化作用、同时考虑围压强化与塑性应变软化共同作用四种工况,对比分析计算方法的影响规律。(4)以新乌鞘岭隧道工程为背景,运用FLAC3D有限差分软件,基于围压强化与塑性软化耦合作用,计算隧道在不同埋深、侧压力系数下洞周位移、塑性区体积和掌子面挤出变形,分析不同埋深和侧压力对围岩变形的影响规律,为高地应力软岩隧道设计和施工提供参考。
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