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隧道掘进中的围岩蠕变与土体软化研究

朱龙  
【摘要】:岩体不仅表现出弹性和塑性的力学特性,还有着与时间相关的性质,这就是岩体的流变性。在工程建设中经常会遇到岩体的变形随时间不断增长发展的现象,对工程长期稳定性带来了很不利的影响。近年来,岩体流变性质的研究特别是围岩巷道的粘弹性流变分析急需理论方法和研究水平的支持,来适应工程实践的需要。盾构隧道中的大量土体都有着明显的软化特性,土体应变软化对盾构隧道开挖面稳定性的研究有很重要的意义。本文针对如上所述,主要进行了以下研究工作: 1.首先阐述常用的各类流变模型的蠕变曲线特点以及适用范围。通过对岩体蠕变实验的应力-应变关系分析,采用合理的模型来进行拟合分析,采用传统经验法和最小二乘拟合法相结合,确立了一种推算蠕变本构模型参数的方法,拟合的蠕变曲线吻合良好,同时得出蠕变本构模型的参数,可用于指导实际工程中具体的岩体蠕变本构模型的选取。 2.对隧道开挖中的围岩隧道蠕变特性进行了粘弹性解析分析,探讨了围岩隧道径向位移随时间变形关系,并与弹性解析结果对比,说明了围岩隧道蠕变特性分析中考虑粘弹性解析的必要性。本文同时合理地预测了围岩隧道的超挖量,对施工中由于蠕变现象带来的地质灾害给出了合理的解释。 3.分析土体应变软化对隧道盾构掘进界面稳定性的影响。采用FLAC3D程序模拟土体软化的求解原理及关键技术的实现,选择合理的土体本构模型,制定数值模拟的方案,揭示了土体软化对掘进面支护力的重要影响。 4.针对沈阳重工盾构隧道实验进行数值模拟分析,研究盾构隧道开挖面的稳定性,通过监测纵向地表沉降得出开挖面支护压力比,进而计算出开挖面支护压力,给出盾构隧道掘进过程中开挖面支护力的合理范围。


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