收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

分岔隧道围岩损伤与稳定性研究

林传年  
【摘要】: 高速公路分岔式隧道由四车道大拱隧道、连拱隧道、小间距隧道及标准间距的分离隧道组成,它同时具备这些隧道的特点,但是绝对不是这些隧道的简单叠加。高速公路分岔式隧道是在地形地质条件极端复杂、桥隧相连的峡谷山区为了降低工程造价减小施工难度而发展出来的一种新型隧道结构型式。作为一种新型隧道形式,目前国内外对分岔式隧道的设计施工尚未见全面系统的研究,国内外尚无相应的设计、施工技术规范和标准。其受力特点、围岩稳定性分析、设计施工方法等尚处于经验积累阶段,因此,开展分岔式隧道的围岩稳定与损伤特性研究具有十分重要的理论和实际意义。 本文以八字岭分岔隧道中断续节理岩体为研究背景,针对分岔式隧道的特点,首先开展了室内类岩石材料损伤力学特性实验,重点在于研究节理裂隙岩体损伤破坏特性;在此基础上,开展相应的损伤理论研究,即应用不可逆热力学原理,建立裂隙岩体弹塑性损伤本构方程和损伤演化方程,为进一步分析分岔式隧道合理间距及围岩稳定性建立数值分析模型;通过分岔式隧道大型力学模型实验,建立分岔式隧道合理间距和损伤破坏机理,为大拱与连拱过渡地段、连拱与小间距过渡地段提供复杂受力条件下的破坏形态和损伤演化特性分析;通过理论分析和模型实验确定的分岔式隧道合理间距,进一步通过现场监测来验证合理性,因此进行了分岔式隧道现场监控量测与反演分析,为分岔式隧道合理施工提供安全和信息保证;利用上述研究成果,综合进行分岔式隧道围岩损伤与稳定性分析,最终解决分岔式隧道设计和施工中的关键问题。 本论文针对八字岭隧道节理岩体的特点,首先开展了节理岩体损伤特性的力学实验,通过试验研究了类岩石材料的配比,提出了新的模型实验材料,为开展节理岩体损伤实验提供条件。利用声发射检测手段,通过对含裂纹类岩石材料试件的单轴压缩试验,测定了含裂纹体准脆性类岩石材料受压破坏过程中裂纹扩展区域内的声发射全过程曲线、声发射分布及声源点的分布状态。开展了完整试件、含单裂隙初始损伤和双裂隙初始损伤试件的单轴压缩实验,得到了全应力应变曲线。 通过声发射累计数和损伤变量的关系,首次定量地确定了类岩石材料损伤破坏各个阶段的临界值。通过定量确定的损伤临界值,首次提出了节理岩体破坏的五个阶段:初始裂纹闭合阶段;线弹性损伤阶段;弹塑性损伤阶段:裂纹生成、宏观裂纹稳定扩展和不稳定扩展;损伤引起材料的破坏和材料的软化行为阶段。 定量地分析了完整试件、含单个裂纹初始损伤试件和含双个裂纹初始损伤试件的类岩石材料破坏各个阶段的损伤临界值。针对损伤特性的力学试验,首次用几何损伤的方法,详细地描述了含初始损伤的类岩石材料的破坏机理和全应力应变曲线发生过程,为下一步建立节理岩体能量耗散的损伤本构方程建立实验基础和理论背景。 常规的弹塑性有限元模型由于没有考虑到损伤和塑性的耦合作用,难以模拟破坏时由于内部损伤的累积导致的岩体破坏过程,不能很好地反映实际结构的细观破坏机理。作者采用一种宏细观结合的思路,基于宏细观结合的损伤力学开展了节理岩体能量耗散损伤本构方程的研究,并建立了相应的数值分析方法,为合理评价分岔式隧道围岩稳定和合理间距提供了有效手段。 在理论研究的基础上,本文首次开展了分岔式隧道大规模的地质力学模型试验研究,为隧道围岩损伤特性及稳定性分析提供了试验基础。模型试验中开发的新型相似材料、三维模型系统、开挖监控和数据分析等具有创新性。 在模型试验基础上,针对八字岭分岔式隧道的特点,首次全面开展了分岔式隧道各个阶段的现场监控量测及反演分析研究。给出了分岔式隧道监控量测系统的设计方法;在对围岩变形、松动范围、支护内力和中隔墙压力及其二次衬砌压力等进行全方位跟踪监测的基础上,分析了分岔式隧道围岩和支护系统的变形和受力特点;根据现场监控量测结果开展了基于人工神经网络的反分析研究。 最后,在室内损伤试验研究、数值分析研究、大型模型试验和现场监控量测的基础上,通过建立的弹塑性损伤耦合有限元方法开展八字岭分岔式隧道围岩损伤特性及合理间距研究,为类似工程提供经验及分析方法。通过对计算结果的对比分析,也说明了本文方法在处理节理裂隙岩体问题时的适用性和有效性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 付成华;周洪波;陈胜宏;;混凝土喷层支护节理岩体等效力学模型及其应用[J];岩土力学;2009年07期
2 陈胜宏,王鸿儒,熊文林;节理岩体的数值分析和模型试验研究[J];岩土工程学报;1989年03期
3 崔建新;;八字岭分岔式隧道连拱段施工方案优化及过程控制[J];铁道建筑;2007年06期
4 张建华,吴德伦;节理岩体的动力学损伤变量[J];重庆建筑大学学报;1997年02期
5 蒋爵光;李巂蓬;钱惠国;房明烈;程少华;刚宝珍;;不同产状节理岩体隧道围岩稳定性的模型试验研究[J];水文地质工程地质;1984年05期
6 ;动态[J];岩石力学与工程学报;2007年10期
7 朱维申;郑文华;王文涛;;新型节理岩体损伤流变模型数值模拟研究[J];岩土工程学报;2010年07期
8 祝云华;刘占魁;;高速公路双跨连拱隧道施工工艺[J];西部探矿工程;2006年10期
9 李耘宇;王新全;李之达;;联拱隧道施工中的洞周位移分析[J];交通科技;2007年05期
10 王刚;李术才;王书刚;隋斌;王者超;;节理岩体大型地下洞室群稳定性分析[J];岩土力学;2008年01期
11 肖卫国;兑关锁;任青文;;节理岩体非线性本构模型的研究[J];工程力学;2010年09期
12 费鸿禄,张立国,李守巨,何庆志;节理岩体中的爆破作用分析[J];爆破;1995年04期
13 余子华,晏鄂川,杨昌斌,王国斌;节理化岩体复合式滑移破坏的模型试验研究[J];岩土力学;2005年S1期
14 佀赟;王晖;;岩石边坡锚固机理研究综述[J];水利科技与经济;2005年08期
15 赖金星;谢永利;李宁军;;无中导洞施工双连拱隧道的数值模拟分析[J];水文地质工程地质;2006年03期
16 李栋伟;汪仁和;胡璞;林斌;;冻土中锥型桩模型试验研究及有限元分析[J];岩土工程学报;2006年S1期
17 段亚刚;刘保国;;复杂地质条件下隧道施工量测关键技术研究[J];地下空间与工程学报;2007年S2期
18 司马玉洲;赵冰;蔡广宇;;基于损伤理论的体外预应力混凝土梁挠度分析[J];建筑技术开发;2008年09期
19 乔鹏程;黄山秀;冯锐;;偏压连拱隧道合理开挖方法的数值模拟研究[J];河南理工大学学报(自然科学版);2009年02期
20 王建秀;朱合华;唐益群;胡力绳;杨坪;;连拱隧道边坡耦合作用:滑坡连拱隧道[J];土木工程学报;2009年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张全胜;杨更社;任建喜;;岩石损伤变量及本构方程的新探讨[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
2 周江天;;四连拱隧道围岩稳定性分析[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2000年
3 朱维申;李勇;王汉鹏;李术才;张强勇;;分岔式隧道施工过程FLAC3D数值模拟和模型试验研究[A];隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
4 朱维申;李勇;王汉鹏;李术才;张强勇;;分岔式隧道施工过程FLAC3D数值模拟和模型试验研究[A];隧道、地下工程及岩石破碎理论与应用——隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
5 杨淑清;陆家佑;;隧洞岩爆机制物理模型试验研究[A];第三届全国岩石动力学学术会议论文选集[C];1992年
6 李肇胤;瞿伟廉;孟吉复;梁枢果;;调频液体阻尼器制振的模型试验研究[A];第十一届高耸结构学术交流会论文集[C];1992年
7 赵鹏飞;郝成新;钱基宏;赵基达;张维嶽;翟彬;;浙江省黄龙体育中心主体育场斜拉索锚固节点模型试验研究[A];第九届空间结构学术会议论文集[C];2000年
8 张卓立;王登婷;;斜坡堤胸墙及栅栏板上波浪力试验研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
9 何川;;地形偏压隧道的模型试验研究[A];第二届全国青年岩石力学与工程学术研讨会论文集[C];1993年
10 王宏亮;田宙;;利用弹性体理论得到堆积颗粒本构方程[A];计算爆炸力学进展[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 林传年;分岔隧道围岩损伤与稳定性研究[D];兰州大学;2006年
2 李勇;高地应力条件下大型地下洞室群分步开挖稳定性及流变效应研究[D];山东大学;2009年
3 张伟;基于预应力锚杆模型的节理岩体稳定性非连续分析[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
4 王汉鹏;分岔式隧道设计施工的关键技术研究[D];山东大学;2007年
5 吴琼;复杂节理岩体力学参数尺寸效应及工程应用研究[D];中国地质大学;2012年
6 肖卫国;节理岩体本构模型和其细观力学方法理论研究[D];北京交通大学;2011年
7 蓝航;节理岩体采动损伤本构模型及其在露井联采工程中的应用[D];煤炭科学研究总院;2007年
8 朱福巍;节理岩体细观损伤模型的理论研究与数值方法[D];北京交通大学;2011年
9 王利;岩石弹塑性损伤模型及其应用研究[D];北京科技大学;2006年
10 焦健;节理岩体稳定分析的数值流形方法研究[D];北京交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田志宇;公路小净距隧道相似模型试验研究[D];西南交通大学;2006年
2 谈杜勇;连拱隧道开挖过程的模型试验研究及其三维数值模拟[D];同济大学;2006年
3 宋丹平;固体推进剂细观力学与本构关系研究[D];武汉理工大学;2008年
4 谢卓雄;小净距隧道近接施工围岩稳定性及结构力学行为特征研究[D];西南交通大学;2005年
5 李晓娟;土体隧道围岩稳定性分析与研究[D];吉林大学;2006年
6 曹君陟;围岩动载稳定性的数值模拟研究[D];山东科技大学;2005年
7 郑钢镖;特厚煤层大断面煤巷顶板离层及锚固效应研究[D];太原理工大学;2006年
8 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
9 王存文;基于BP人工神经网络的煤巷围岩稳定性分类研究[D];山东科技大学;2005年
10 刘德平;双连拱隧道围岩稳定性分析及施工有限元模拟[D];西安科技大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 姚耀;辽宁攻关污染源现场监测技术[N];中国化工报;2009年
2 本报记者 刘鹏 通讯员 曹诚平;“微型鄱阳湖”的奥秘[N];人民长江报;2011年
3 张韶军;提高隧道施工围岩稳定性[N];中国交通报;2010年
4 记者 阎友华;天兴洲大桥铁路混凝土板结合桥面模型试验研究完成[N];中国经济导报;2007年
5 陈永华 记者 许明峰;鄱阳湖模型试验研究基地在共青城奠基[N];九江日报;2009年
6 记者 姜月波通讯员 吴平;环保意识:彰显企业社会责任[N];湖北日报;2007年
7 邓红;流淌在实验室里的黄河[N];黄河报;2006年
8 中国预防医学科学院环境卫生监测所高级工程师 曲建翘;室内氨说根源[N];健康报;2000年
9 记者 王叶溪;用20年光景做好一件事[N];盘锦日报;2007年
10 本报记者  陈昆才;上海银监局流程再造方案出炉[N];21世纪经济报道;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978