收藏本站
《昆明理工大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于能量释放率的地下工程稳定性研究

杨绪祥  
【摘要】:近年来,随着我国国民经济的快速发展,地下工程在我国众多地区和领域的开发利用日益增加,众多地下工程正处于建设或筹划之中,地下工程建设呈现出方兴未艾的局面。而地下工程的稳定性问题历来都是岩土工程学界研究的重点内容之一。地下工程岩体在开挖前处于三向受力状态,岩体的开挖必将引起围岩应力场的变化,使得围岩应力在开挖方向发生卸荷松驰。过去对地下工程的稳定性问题一般是运用加载岩体力学的方法来研究,由于卸荷与连续加载具有完全不同的应力路径,因而两者所引起的岩体变形和破坏特性也存在很大差异,因此沿用连续加载强度理论来预测工程岩体在开挖卸荷作用下的力学特性及其稳定性,显然是不切实际的。本文主要以理论分析、数值模拟、室内实验为方法,工程应用为目的,通过岩石三轴加、卸荷试验,研究卸荷条件下岩体的力学和变形特性及破坏机理,运用能量释放率指标分析不同开挖方式对地下工程稳定性的影响,并结合现场实测数据开展相应的工程检验工作。总体上,本论文的主要研究内容和成果如下: (1)利用TAW—2000微机控制岩石伺服三轴压力试验机,对辉绿岩进行常规三轴压缩试验和三轴卸围压试验;其中卸荷试验突破了长期以来以加载方式研究岩体力学的途径;对加载和卸载条件下岩体的变形特点、强度特征、脆延转换规律及破坏模式进行了对比分析,发现卸荷引起的强烈扩容是岩石变形突然破坏的根本原因,此外加载破坏主要以剪切破坏方式为主,而卸载条件下,岩样则表现出明显的张剪复合型破坏,且卸载破坏比加载破坏更为猛烈,更具突发性。 (2)加载和卸载条件下,岩石材料内部微结构的破坏过程和破坏程度是不相同的。地下工程围岩的失稳主要是由于工程开挖卸荷导致岩体产生损伤劣化,围岩的损伤劣化发展到一定程度造成围岩失稳。由于应力路径的不同,相同条件下的岩体力学行为在卸荷条件下与连续加载条件下也不相同,因此,沿用连续加载强度理论来预测工程岩体在开挖卸荷作用下的力学特性及其稳定性,显然是不切实际的。本次试验证明在卸荷过程中岩体的变形模量E逐渐减小而泊松比μ逐渐增大,弹性模量E大约减小了3.4%-7.7%,而p最低增加约13.5%,最高增加达65%,这种变化幅度随初始围压的增大和卸荷程度的增强而变大;此外,相对常规压缩试验,卸荷岩体的摩擦角φ有所增加而粘聚力c大大降低。上述结果表明,将卸载试验方法获得的岩体力学参数用于地下工程开挖计算更符合工程实际。 (3)通过常规三轴加载试验和卸荷试验研究了岩样在不同围压下的破坏模式和破坏程度,从能量的角度进一步解释了加载破坏和卸载破坏分属完全不同的应力路径;(σ1-σ3)越大,表明发生的卸荷量越大,释放的能量越多,能量释放率越高,随着能量的释放,岩石损伤劣化加剧,稳定性逐渐降低,到一定程度时,试件突然发生破坏。基于上述试验现象,提出由不同的高跨比(H/B)确定燕子崖隧道开挖方案,采用能量释放率指标对其进行优化,结果表明开挖断面高跨比不大时,开挖受到周边围岩的夹制作用较大,围岩卸荷受到一定程度的约束,进而能量释放率不高,围岩偏于稳定;与此相反,随着一次性开挖量的增加,围岩卸荷更加自由,能量释放率迅速增大,围岩稳定性降低程度也更加明显。表明采用合理的开挖高度和一次开挖量有利于改善围岩稳定性。 (4)对于地下工程而言,开挖导致的围岩能量释放率越大,围岩的损伤劣化就越严重,其稳定性就越低,反之则越稳定。文中以维一德公路燕子崖隧道特殊的地质条件和施工环境为背景,利用FLAC软件对该隧道进行开挖卸荷模拟,对比分析了不同开挖方案下洞壁岩石单元的能量释放率,采用该指标评定地下工程围岩的稳定性,进而优化开挖方案,并通过能量释放量、平均能量释放率和传统的塑性区体积指标说明了其科学性。最终由能量释放率指标优选的开挖方案Ⅱ在燕子崖隧道施工中获得了实际应用,文中进一步利用现场施工期隧道围岩的水平收敛值和拱顶下沉量与模拟结果进行对比分析,实测结果和模拟结果具有良好的一致性。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU452

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 察美峰,孔广亚,贾立宏;岩体工程系统失稳的能量突变判断准则及其应用[J];北京科技大学学报;1997年04期
2 彭克银,尹祥础;加卸载响应比与应变能加速释放的临界现象讨论[J];地震;2004年03期
3 张凤鹏,马万昌,孙豁然,金校园;人工爆破地震波特性的实验研究[J];金属矿山;2004年12期
4 赵忠虎;鲁睿;张国庆;;岩石破坏全过程中的能量变化分析[J];矿业研究与开发;2006年05期
5 白国良,梁冰;巷道岩体能量破坏机理探讨[J];矿山压力与顶板管理;2004年01期
6 华安增,孔园波,李世平,李玉寿;岩块降压破碎的能量分析[J];煤炭学报;1995年04期
7 张有天,周建平;水电站大型地下工程建设的新进展[J];水力发电;2004年12期
8 陶履彬,夏才初,陆益鸣;三峡工程花岗岩卸荷全过程特性的试验研究[J];同济大学学报(自然科学版);1998年03期
9 秦四清;斜坡失稳过程的非线性演化机制与物理预报[J];岩土工程学报;2005年11期
10 吴刚;岩体在加、卸荷条件下破坏效应的对比分析[J];岩土力学;1997年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 高红;岩土材料屈服破坏准则研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
2 张成良;深部岩体多场耦合分析及地下空间开挖卸荷研究[D];武汉理工大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘庭金,朱合华,唐春安;围岩卸载损伤演化及应力场调整有限元分析[J];地下空间;2002年04期
2 周小平,张永兴,哈秋聆;裂隙岩体加载和卸荷条件下应力强度因子[J];地下空间;2003年03期
3 窦庆峰,岳顺,代高飞;岩石直接拉伸试验与劈裂试验的对比研究[J];地下空间;2004年02期
4 周生国,黄伦海,蒋树屏,刘新荣;黄土连拱隧道施工方法模型试验研究[J];地下空间;2005年02期
5 许江;鲜学福;王鸿;;循环载荷作用下周期充水岩石变形规律的研究[J];地下空间与工程学报;2006年04期
6 刘成学;杨林德;曹文贵;;岩石统计损伤软化本构模型及其参数反演[J];地下空间与工程学报;2007年03期
7 王学滨;;断层-围岩系统的形成过程及快速回跳数值模拟[J];北京科技大学学报;2006年03期
8 严鹏;卢文波;许红涛;;高地应力条件下隧洞开挖动态卸荷的破坏机理初探[J];爆炸与冲击;2007年03期
9 李晓春,陈剑平;小湾电站边坡卸荷三维有限元模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年02期
10 任光明,巨广宏,聂德新,王毅,宋彦辉;斜坡岩体卸荷分带量化研究[J];成都理工大学学报(自然科学版);2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尹祥础;;地震预测与地震控制[A];祝贺郑哲敏先生八十华诞应用力学报告会——应用力学进展论文集[C];2004年
2 薛琳;王荣;;应用边界元法确定围岩粘弹性位移的新方法[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第二卷)[C];1996年
3 吴刚;;裂隙岩体模型的卸荷破坏试验研究[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1997年
4 许江;王维忠;;循环载荷条件下岩石类材料变形特性的实验研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
5 庄宁;阚二林;肖庆疆;汪成兵;;深部巷道支护技术及其工程实践[A];中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集[C];2006年
6 赵兴东;唐春安;邢军;李元辉;;岩质边坡失稳机理研究方案探讨[A];2005中国钢铁年会论文集(第2卷)[C];2005年
7 华安增;;矿山岩土力学发展综述[A];世纪之交的煤炭科学技术学术年会论文集[C];1997年
8 窦林名;陆菜平;牟宗龙;秦玉红;姚精明;;冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用[A];煤炭资源高效绿色开采与数字矿山学术讨论会论文集[C];2005年
9 窦林名;陆菜平;牟宗龙;;冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2007年学术年会论文集[C];2007年
10 王学滨;;泊松比对岩样破坏模式及全部变形特征的影响[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集(上册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙万泉;水电站厂房结构振动分析及动态识别[D];大连理工大学;2004年
2 李宗利;岩体水力劈裂机理研究及其在地下洞室围岩稳定分析中应用[D];河海大学;2005年
3 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
4 刘涌江;大型高速岩质滑坡流体化理论研究[D];西南交通大学;2002年
5 代高飞;岩石非线性动力学特征及冲击地压的研究[D];重庆大学;2002年
6 喻军华;岩质高边坡开挖与支护过程分析[D];浙江大学;2003年
7 陈先国;隧道结构失稳及判据研究[D];西南交通大学;2002年
8 李宗坤;土石坝结构性态安全评价方法研究[D];大连理工大学;2003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 胡夏嵩;低地应力区地下洞室围岩稳定性研究[D];长安大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏晓科;建筑基坑板桩墙支护模型试验装置的制作与研究[D];武汉科技大学;2005年
2 方荣;温度周期变化作用下大理岩宏细观力学变形试验研究[D];河海大学;2006年
3 童伟;大型水电工程地下洞室群工作性态研究[D];河海大学;2006年
4 唐鑫;岩石分区碎裂化现象的现场观测数据分析、蠕变机理及模拟实验研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
5 卢山;地下工程位移反分析及开挖顺序优化方法研究[D];湖南大学;2006年
6 王彦东;岩质高边坡关键块体的确定及稳定性评价研究[D];成都理工大学;2007年
7 刘能铸;基于灰色理论的隧道围岩稳定性预测分析[D];重庆大学;2007年
8 叶长锋;洪口水电站坝址区风化岩体工程地质研究及建基面的合理优化[D];河海大学;2005年
9 方丹;龙滩地下洞室群监测资料反馈分析及监控预测研究[D];河海大学;2005年
10 周宇泉;加载过程中粘性土微细结构变化规律的定量试验研究[D];河海大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;现代土力学的基本问题[J];力学与实践;1998年06期
2 徐靖南,陶震宇;开挖次数对围岩能量耗散之影响[J];地下空间;1995年02期
3 察美峰,孔广亚,贾立宏;岩体工程系统失稳的能量突变判断准则及其应用[J];北京科技大学学报;1997年04期
4 李长洪,蔡美峰,乔兰,王双红;岩石全应力-应变曲线及其与岩爆关系[J];北京科技大学学报;1999年06期
5 李玉,黄梅,廖国华,张连城,关杰;冲击地压发生前微震活动时空变化的分形特征[J];北京科技大学学报;1995年01期
6 张继春;钮强;徐小荷;;岩体爆破块度预测模型研究综述[J];爆破;1992年04期
7 宗琦,杨吕俊;岩石中爆炸冲击波能量分布规律初探[J];爆破;1999年02期
8 王德禹,张善元,杨桂通;静力预加载结构冲击屈曲的突变模型[J];爆炸与冲击;1993年03期
9 陈剑平;岩土体变形的耗散结构认识[J];长春科技大学学报;2001年03期
10 盛谦 ,任放;三峡船闸高边坡开挖加固数值模拟分析[J];长江科学院院报;1992年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 左宇军;动静组合加载下的岩石破坏特性研究[D];中南大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周力;;浅谈某地下工程抗浮设计[J];科技资讯;2010年10期
2 刘鹏;吴笑天;;地下室结构设计与施工探讨[J];科技致富向导;2011年24期
3 李玉民,倪芝芳;地下工程开挖爆破的地面振动特征[J];岩石力学与工程学报;1997年03期
4 代丽华,刘海江;城市地下工程内部火灾特点及防治措施[J];中国科技信息;2005年20期
5 胡全舟;吴超;陈沅江;;风险评价方法在地下工程围岩稳定性分级中的应用[J];地下空间与工程学报;2005年06期
6 董新平;谷胜利;周顺华;;地下工程喷射混凝土材料时间效应的有限元模拟[J];河南科学;2006年01期
7 严薇;林娴;周朝长;;熵度量法在地下工程围岩稳定性分级中的应用[J];重庆建筑大学学报;2007年01期
8 云达来;任瑞;;粉煤灰混凝土在水下或地下工程中的应用[J];科技情报开发与经济;2007年14期
9 刘金晖;;地下工程岩体稳定性评价及锚注加固研究[J];职业圈;2007年08期
10 路菁;;大位移效应的空间Goodman接触单元在工程中的应用[J];西部探矿工程;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 康春生;黄有申;赵钢;郑云泽;刘立;;HCSA膨胀剂在沈阳长岛仙女湖大型地下工程中的应用[A];混凝土膨胀剂及其裂渗控制技术——第五届全国混凝土膨胀剂学术交流会论文集[C];2010年
2 柳建国;;地基与地下工程技术研究开发与展望[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年
3 王■;;序言(一)[A];北京市政第一届地铁与地下工程施工技术学术研讨会论文集[C];2005年
4 吴静波;毛善庆;;灌浆技术在地下顶管工程中的应用[A];地面岩石工程与注浆技术学术研讨会论文集[C];1997年
5 敖漉;谢朝新;吴祥生;;地下工程中氡的来源与检测方法[A];2005西南地区暖通空调热能动力年会论文集[C];2005年
6 沈秀芳;;[A];中国土木工程学会隧道与地下工程分会防排水专业委员会第十三届学术交流会论文集[C];2007年
7 张金城;乔俊建;韩若飞;刘菲;李锐;范启雄;;地震灾害对地下工程的威胁与防范对策研究[A];国家安全地球物理丛书(四)——地球物理环境探测和目标信息获取与处理[C];2008年
8 王建勇;方斌;;地下工程岩石力学及工程灾害控制[A];第六届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2007年
9 姚源道;刘忠义;;地下工程堵漏防水出现问题的分析[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第七届年会暨北京西单地铁车站工程学术讨论会论文集(下)[C];1992年
10 胡金华;周早生;孙杰;;民用地下工程对化学爆炸的防护能力[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 实习生 肖丹 郑建东 记者 杨捷;市市政集团“进军”地下工程[N];长江日报;2007年
2 张冰姿;地铁施工安全不能仅靠“觉悟”[N];中国建设报;2007年
3 贺楷 王正祥;赤脚攀上科技高峰[N];中国经济导报;2005年
4 刘坚 秦邦民 刘杨堂 胡汉朝 许益明;大市口地下工程将进行北幅施工[N];镇江日报;2010年
5 本报通讯员 王东锋吴勇超 赵开拓;57个“白+黑”[N];济宁日报;2008年
6 王金峰;高标准完成地下工程普查和人口疏散预案编制工作[N];莱芜日报;2007年
7 杨峰;地下工程用除湿空调机通过技术鉴定[N];中华建筑报;2004年
8 本报记者 魏瑶;张掖路改造11月底竣工[N];兰州日报;2006年
9 常翔;探讨地下空间施工新技术[N];建筑时报;2007年
10 十二局集团二公司党委书记 何雪光;发育专项施工能力 推动企业科学发展[N];中国铁道建筑报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李明;山岭隧道与地下工程健康评价理论研究及应用[D];西南交通大学;2011年
2 倪绍虎;地下工程并行优化反演分析方法研究[D];武汉大学;2010年
3 方建勤;地下工程开挖灾害预警系统的研究[D];中南大学;2004年
4 仇文革;地下工程近接施工力学原理与对策的研究[D];西南交通大学;2003年
5 李晓燕;中国地下工程氡污染及其健康危害评价[D];中国科学院研究生院(地球化学研究所);2005年
6 崔杰;美姑河坪头电站岸坡特殊地质现象与地下工程[D];成都理工大学;2009年
7 祝启虎;地应力瞬态卸荷对围岩损伤特征的影响[D];武汉大学;2010年
8 王志新;地下工程中土参与作用的结构承载力性能研究[D];吉林大学;2007年
9 朱训国;地下工程中注浆岩石锚杆锚固机理研究[D];大连理工大学;2007年
10 李景龙;大型地下洞室群工程稳定性风险评估系统及其应用研究[D];山东大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨绪祥;基于能量释放率的地下工程稳定性研究[D];昆明理工大学;2011年
2 闫军南;岩体的弹脆塑性损伤分析及锚杆支护数值模拟[D];武汉大学;2005年
3 孙爱花;大型节理岩体洞群在地下水作用下的围岩稳定性分析[D];山东大学;2005年
4 冯海涛;基于普通数码相机的隧道影像匹配研究[D];北京交通大学;2008年
5 周瑞华;潍坊白浪河地下通道工程项目风险管理研究[D];中国海洋大学;2009年
6 孟磊;地下工程信息化施工及信息反馈技术研究[D];西南交通大学;2010年
7 郭艳华;有限元与典型类比法在公路隧道中的应用[D];西南交通大学;2003年
8 王晓亮;地下工程注浆效果综合评价技术研究[D];北京市市政工程研究院;2009年
9 李科;地下工程结构耐久性分析与评价[D];郑州大学;2010年
10 李常虎;西藏尼洋河多布水电站工程右岸坝肩卸荷岩体特征及其稳定性研究[D];成都理工大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026