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《西南交通大学》 2012年
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基于Hoek-Brown准则的软岩隧道光面爆破质量评价研究

李波  
【摘要】:软岩是地球上分布最广泛的一种岩石,在公路和铁路沿线边坡、洞室、隧道、坝基、竖井、石油钻井和矿山工程都常常遇到与软岩相关的复杂技术难题。在软岩隧道爆破开挖方面,特别是一些不均质的岩体和构造发育的岩体中采用光面爆破时,从表面上看,其效果令人失望,有时甚至连一个炮孔的痕迹都看不到。如果用半眼孔痕率等参数对软岩隧道光面爆破效果进行评价,难以确定光面爆破是否减轻了围岩的损伤、减少超欠挖以及避免冒顶等方面起作用。由于软岩隧道光面爆破质量评价得不到合理的理论支持。因此对软岩隧道光面爆破质量评价进行研究具有重要的理论意义及现实意义。 本文基于现有的评价指标评价软岩隧道光面爆破效果的局限性,以及考虑了爆破扰动且由大量试验数据拟合出来的Hoek-Brown经验准则的实用性,利用理论推导、工程应用及数值模拟,来推导、验证爆破扰动系数D来评价软岩隧道光面爆破质量,得到的主要结论如下: (1)基于Hoek-Brown准则2002版,提出设计阶段地质强度指标GSI design和施工阶段地质强度指标GSI construction两个基本概念,以此推导了利用GSI design和GSI construction来量化扰动系数D的公式,并提出了利用GSI construction表达Hoek-Brown强度准则岩体参数s、m的量化公式。当设计阶段地质强度指标GSI design≤50时,采用普通爆破开挖,隧道可能出现大变形、冒顶、塌落等灾害。随着GSI design取值减小GSI construction随扰动系数D的变化越来越快,这表明随着地质条件的越来越差,隧道围岩对爆破扰动会越来越敏感。 (2)利用扰动系数D对岩体参数s、m和施工阶段地质强度指标GSI construction的敏感性大小关系进行了分析。 (3)基于节理频度和引入的节理表面等级SCR,提出了改进的地质强度指标GSI围岩分级。 (4)采用有限差分法,对双碑软岩大跨隧道浅埋段上台阶分别采用光面爆破开挖和常规爆破开挖的数值模型进行模拟,模拟结果表明:在软岩隧道开挖过程中采用光面爆破可以有效减少塌落、冒顶、大变形的发生。
【关键词】:Hoek-Brown准则 软岩隧道 扰动系数D 地质强度指标GSI 光面爆破
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U455.6
【目录】:
  • 摘要6-7
  • Abstract7-9
  • 目录9-11
  • 第1章 绪论11-20
  • 1.1 研究目的及意义11-14
  • 1.2 国内外研究现状14-19
  • 1.2.1 光面爆破质量评价研究现状14-18
  • 1.2.2 地质强度指标GSI量化的研究现状18-19
  • 1.3 研究内容19-20
  • 第2章 Hoek-Brown强度准则20-31
  • 2.1 引言20
  • 2.2 Hoek-Brown准则发展20-21
  • 2.3 Hoek-Brown准则适用条件21-22
  • 2.4 参数m、s的取值方法22-25
  • 2.5 隧道围岩分级概况25-28
  • 2.6 Hoek-Brown准则参数到Mohr-Coulomb准则参数的转换28-31
  • 第3章 对Hoek-Brown准则参数取值公式的改进及扰动系数D量化公式的推导31-49
  • 3.1 引言31
  • 3.2 Hoek-Brown强度准则2002版31-34
  • 3.3 改进公式34-39
  • 3.3.1 本文提出的改进公式34-35
  • 3.3.2 改进公式的应用35-39
  • 3.4 基于爆破扰动的GSI围岩分级39-47
  • 3.5 本章小结47-49
  • 第4章 改进公式在软岩大跨浅埋隧道稳定性分析中的应用49-65
  • 4.1 工程概述49-52
  • 4.1.1 双碑隧道设计概况49
  • 4.1.2 工程地质概况49-50
  • 4.1.3 浅埋段光面爆破方案50-52
  • 4.2 参数的取值52-57
  • 4.2.1 爆破径向裂隙范围的确定52-53
  • 4.2.2 岩体参数取值53-55
  • 4.2.3 参数φ、c值的验证55-57
  • 4.3 建立模型57-60
  • 4.3.1 FLAC介绍57-60
  • 4.3.2 基本资料和建立模型60
  • 4.4 结果分析60-63
  • 4.5 本章小结63-65
  • 结论与展望65-67
  • 结论65-66
  • 展望66-67
  • 致谢67-68
  • 参考文献68-72

【参考文献】
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