互层岩体中硐室稳定性试验研究及数值模拟

论文摘要

层状复合岩体是岩体工程中十分常见的地层组合形式,由不同成分的岩屑通过沉积、成岩、固结等地质作用而形成,互层是其中的一种赋存形式。由于互层状岩体的构造和各分层内岩石性能不同,其力学性能以及本构关系与单一的岩石或含软弱夹层岩体都不同。相关的研究多以含夹层围岩为背景,或集中于互层的边坡工程,本文以互层岩体中硐室为研究对象,以规律性探索为目标,重在基础研究,不针对特定工程。论文首先在相似理论的基础上,利用方程分析法与量纲分析法推导出模型试验的相似准则。以河砂、水泥、石膏为相似材料,调整其配比,制备出符合模型试验要求的砂岩和泥岩相似材料。通过常规力学实验,确定模型试验中各岩层的弹性模量、抗压强度、泊松比等力学参数。自制了可视化的小型模型试验装置,该装置既可用作试验时模型试件的夹具,又可作为模型制备的模具。基于制备出的相似材料,利用上述装置制备互层岩体相似材料模型试件进行试验研究,探索互层岩体岩层倾角、层间厚度等因素对开挖于其中的硐室稳定性的影响。通过对模型试样进行超载试验研究得出:不同倾角互层岩体模型的极限承载力存在很明显的差别,整体上的变化规律是极限承载力随倾角的增加先减小后增大,以45°倾角为分界点,极限承载力先减小后增加,倾角为45°时极限承载力最小,倾角为0°时,模型整体的承载力最大;随着层厚的增加,极限承载力在不断增加。通过对模型试样进行长期加载试验得到:当进行长期加载时,随着倾角的不断增加,硐室围岩位移先增大后减小,同时由于整个硐室处在软岩层,硐室两帮区域处在薄弱区,因此相对于顶板位置来说,帮中的位移变化较大,而且随着层状倾角的增大,位移变化先增大后减小,这是由于随着倾角的不断增加,互层岩体模型的承载力先减小后增加,所以导致了关键点位移先增大后减少;随着层厚的不断增加,硐室围岩位移量变化呈减少的趋势,主要是由于层厚的增加,使得工程范围内的软硬层数减少,软硬接触面减少,薄弱区的面积减少,使得模型的整体稳定性更好。论文模拟了硐室在埋深400m时的变形情况,以及硐室蠕变规律,通过对硐室围岩设置关键点,分析了关键点的蠕变曲线,验证了数值模拟结果与模型试验具有一定的相符性。文中结论对实际地下工程支护和设计有一定的借鉴意义。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张余标

导师: 王永岩,李剑光

关键词: 互层岩体,相似材料,模型试验,稳定性分析,数值模拟

来源: 青岛科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 青岛科技大学

基金: 国家自然科学基金项目“多场耦合深部软岩固流转化理论及能耗规律的研究”(51374134),山东省自然科学基金项目“倾斜层状岩体中含软弱薄夹层硐室长期流变稳定性研究”(ZR2014EL020)

分类号: TU457

总页数: 90

文件大小: 8434K

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