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《西南交通大学》 2002年
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腐蚀损伤岩体中的水化—水力损伤及其在隧道工程中的应用研究

王建秀  
【摘要】: 我国境内碳酸岩层分布纵深横广,大量的隧道及地下工程修建于可溶岩中,而可溶岩和一般岩体的本质区别在于其受过地下水物理、化学环境的改造。研究地下水环境对岩体化学、力学的改造机理、过程和演化,研究水化-水力损伤工程岩体中的渗流、应力及其耦合作用具有重要的理论意义和实用价值。 本文定义赋存于地下水环境中的碳酸岩或其它易腐蚀岩体,在地下水化学腐蚀与水力(劈裂)作用下内部出现更多缺陷,从而使其力学和水力学性能发生劣化或改变的作用为腐蚀损伤作用。岩体中水化损伤主要是由水-岩相互作用中的溶解-沉淀以及其它相关的化学作用产生的;在高水位富水区隧道开挖后形成的水力(劈裂)环境中,在开挖后形成的复杂应力状态和高水头压力的共同作用下,地下水可能劈裂或切穿弱透水岩层。水化-水力损伤岩体中损伤变量可以采用多种方法定义,在分析隧道岩体内部结构时,弹性波速是比较容易量测的岩体物理量,可用其来定义岩体中的腐蚀损伤变量。对于水力损伤而言,分支裂纹的起裂意味着开挖诱发的力学-水力损伤演化的开始,而在复杂应力状态下地下水压力的存在以及水-岩物理化学作用导致应力强度因子增加;同时由于受到地下水物理化学作用的劣化,从理论上分析其裂纹尖端的抗裂韧度相对也降低了,这意味着裂纹起裂扩展的阈值比无内水压力和腐蚀损伤时相对降低了,可采用断裂力学方法建立腐蚀损伤岩体水力(劈裂)损伤的演化方程。水化损伤的演化可用交叉板模型:裂纹面用矩(碟)形板模型表示,裂纹交汇线用溶管线模型表示,可用化学动力学的方法(PWP方程)推导出腐蚀损伤岩体中水化损伤的演化方程。在此基础上,本文首次建立了腐蚀损伤岩体中水化-水力损伤的演化方程,并指出水化损伤重点在于增加岩体的渗透性,而水力损伤则增加裂隙网络的连通性。针对具有多重空隙的腐蚀损伤岩体可采用多重介质数学模型来分析其水动力场的分布;水化损伤劣化了岩体的力学性能和承载能力,直接减小了岩体的有效承载面积,定义了损伤变量后,损伤应力可采用应变等效的方法进行计算。对于高水位富水区的深埋隧道而言,在排水的条件下,岩体渗透性不仅受初始裂隙网络及高应力的控制,同时还要受隧道开挖后水化-水力损伤发展的控制。岩样中全应力—应变三轴渗透试验过程中的典型表现为随着应力的增加,岩体内的空隙和裂纹受载闭合,渗透性降低,应力达到一定阈 西南交通大学鹰士研究生学位论文 第11页 值后,岩体内部裂纹发生扩展和归并,渗透性增强;同样,地下水的动、静 压力作用对裂纹的扩展和归并也起着促进作用。高应力使裂隙闭合,一般是 降低岩体的渗透性,而水化-水力损伤则增加岩体渗透性,在腐蚀损伤发育 到一定阶段,应力对渗透性的这种影响则可能会被屏蔽。 外水压力是和有压隧洞中内水压力相对而言的,作用对象为衬砌。当衬 砌材料(如混凝土衬砌)具有一定的渗透性,衬砌和围岩结合紧密时,可以 采用水-力合算的方法(类似于共同作用设计方法中的数值法)计算外水压 力:当衬砌不透水或渗透性极小,和围岩结合不紧密时,地下水从围岩中渗 出,而以全部接触面积作用于衬砌-围岩脱离外表面时,可以采用水-力分 算的方法(作用系数法和弹性力学法等)进行计算。一般铁路隧道通过高水 位富水区时,不用衬砌直接承受较高的外水压力,要实现这个设计目标必须 做好衬背的排水工作,使通过加固圈渗透过来的水量及时排走,及时削减累 积的水量。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:U457

【引证文献】
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【共引文献】
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6 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
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10 高红梅;兰永伟;赵继涛;于秀娟;马强;;温度和应力耦合条件下岩石渗透规律实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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10 刘远明;夏才初;李宏哲;;节理研究进展及在非贯通节理岩体研究的应用[J];地下空间与工程学报;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨慧;水—岩作用下多裂隙岩体断裂机制研究[D];中南大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前8条
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6 孙斌祥;;钢筋混凝土腐蚀损伤检测的电测法及其尺寸效应[J];绍兴文理学院学报(自然科学版);2001年01期
7 耿荣生;利用模态声发射技术监测飞机主结构件的日历损伤[J];机械工程学报;2003年09期
8 田秀云,杜洪增,邢晓莹;构件打磨深度对疲劳寿命的影响[J];中国民航学院学报;2004年06期
9 陈忠华;码头结构受工业盐腐蚀研究[J];水运工程;2005年06期
10 古远;石多奇;杨晓光;张富刚;傅程;汪福强;;某型飞机铝合金LY11螺旋桨腐蚀损伤试验[J];航空动力学报;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 折冬梅;吕胜利;童小燕;张伟;;铝合金腐蚀损伤图谱数据库的设计[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 王元龙;张旗;成守德;王焰;;新藏公路128公里岩体地球化学特征及其地质意义[A];中国科学院地质与地球物理研究所二○○三学术论文汇编·第一卷(地球动力学)[C];2003年
3 孙悦;王四利;赵宝光;王勤;;西藏东达山岩体地球化学特征[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第1册)[C];2009年
4 保长汉;陶振宇;;节理岩体的等效连续弹性模型[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年
5 袁澄文;董遵德;;岩体软弱夹层剪切试验若干准则的评述[A];水电与矿业工程中的岩石力学问题——中国北方岩石力学与工程应用学术会议文集[C];1991年
6 杜时贵;程俊杰;王思敬;;岩体的基本构成——结构面和结构体[A];第六届全国工程地质大会论文集[C];2000年
7 柴军瑞;;高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析综述[A];第七届全国岩石动力学学术会议文集[C];2000年
8 李建红;梁良;卫三元;;贵东岩体后造山花岗岩的判别[A];中国矿物岩石地球化学学会第九届学术年会论文摘要集[C];2003年
9 梁庆国;徐海清;王生新;;分形统计模型理论在岩体变形参数估算中的应用[A];第七届全国工程地质大会论文集[C];2004年
10 全海;;岩体变形模量与声速关系初探[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 黄里;还原窦圌山 修旧如旧的精细缝合[N];四川日报;2010年
2 李小卫;深埋隧道施工理论突破[N];中国矿业报;2003年
3 记者 张伟;四川宝兴县岩体垮塌死亡9人失踪5人[N];新华每日电讯;2004年
4 河北 帅邦林 纪燕祥;应关注冀东超基性岩主侵体铬矿勘查[N];地质勘查导报;2008年
5 记者 宋开文 王飞;悬岩“左耳垂”被成功炸掉[N];四川日报;2009年
6 本报驻汉城记者 邰举;世界杯从这里开始[N];科技日报;2002年
7 ;我地推进罗布莎岩体资源整合工作[N];山南报(汉);2010年
8 本报记者 刘湍康 通讯员 杨红云;地鼠神探[N];黄河报;2011年
9 记者 罗会江 通讯员 田伟平;四川:锚索技术固牢三峡地下厂房岩体[N];地质勘查导报;2006年
10 记者 颜超华 朱俊君 通讯员 柳景华;精心勘察成就世界之最[N];人民长江报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王建秀;腐蚀损伤岩体中的水化—水力损伤及其在隧道工程中的应用研究[D];西南交通大学;2002年
2 张岩;含腐蚀损伤船体结构屈曲评估方法研究[D];大连理工大学;2011年
3 吴志勇;岩体结构信息化处理及工程应用[D];成都理工大学;2003年
4 刘景儒;滇藏铁路玉峰寺深埋隧道重大工程地质问题研究[D];中国地质科学院;2007年
5 谢兴华;岩体水力劈裂机理试验及数值模拟研究[D];河海大学;2004年
6 张有宏;飞机结构的腐蚀损伤及其对寿命的影响[D];西北工业大学;2007年
7 陈严飞;海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究[D];大连理工大学;2009年
8 盛建龙;岩体结构面力学特征及地下工程结构稳定性的研究[D];武汉理工大学;2002年
9 余永强;层状复合岩体爆破损伤断裂机理及工程应用研究[D];重庆大学;2003年
10 柴敬;岩体变形与破坏光纤传感测试基础研究[D];西安科技大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘涛;虎跳峡水电站高拱坝坝肩岩体变形破坏的岩体结构控制效应研究[D];成都理工大学;2004年
2 陈大鹏;边界线性加载条件下岩体平面受力模型试验研究[D];中国地质大学(北京);2006年
3 王国庆;岩体水力劈裂试验及裂纹扩展的无单元法计算[D];河海大学;2004年
4 岑建;岩体水力劈裂实验及计算模拟方法研究[D];河海大学;2006年
5 马静嵘;软岩体冻融损伤水热力耦合研究初探[D];西安科技大学;2004年
6 沈志华;基于超声波技术的岩体稳定性研究[D];辽宁工程技术大学;2004年
7 冯景伟;深埋隧道围岩稳定性分析与支护研究[D];西安科技大学;2009年
8 郭朝旭;高阶数值流形方法中线性相关问题的研究[D];三峡大学;2012年
9 吴黎辉;岩体经验强度准则研究[D];长安大学;2004年
10 刘艳章;岩体结构面分布的分形特征及岩体质量评价研究[D];武汉科技大学;2004年
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