散体围岩力学参数位移反分析优化研究

摘要

对于设计者来说，要使岩土体及支护结构的稳定性分析能成功地用于指导设计与施工，就应该保证岩土体的力学参数与实际情况足够的接近。
　　 大量隧道工程实体建设表明，对隧道埋深的断层及其影响带，浅埋地段的构造及强风化带，隧道上方的堆积体段以及松散砂岩土体段等位置，隧道经开挖后，极易因散体平衡破坏而发生围岩失稳、塌方。目前，关于岩体力学参数确定的研究成果有很多，但是关于散体围岩的力学特性的研究却少之又少，为此，对于隧道散体围岩段的力学参数研究显得十分必要。
　　 本文以湖南省交通科技项目《公路隧道施工中围岩散体破坏机理及监测信息反分析研究》为背景，依托吉怀高速公路杜夜隧道的工程实际，对进口k34+200～k34+250段散体围岩的力学参数确定进行研究。主要的研究工作及结论如下:
　　 (1)通过对吉怀高速公路杜夜隧道散体围岩的工程地质以及所处气候、水文因素的分析，得到其围岩岩性呈显著的非线性特征，且岩体力学参数难以确定;介绍了岩体力学参数确定的常用方法及优缺点，得出目前最为常用的岩体力学参数确定方法有基于Hoek-Brown破坏准则的岩体参数的估算理论和基于监控量测技术及数值建模的位移反分析。
　　 (2)概括总结出Hoek-Brown破坏准则的理论发展及应用;对准则输入参数的确定进行了研究，通过点荷载试验，发现单轴抗压强度σci与点荷载强度Is(50)具有更好的线性关系。采用Hoek-Brown破坏准则对杜夜隧道散体围岩力学参数进行估算确定，发现其估算结果偏于保守，且易受地质强度指标GSI影响，敏感性最大。
　　 (3)概括总结出位移反分析的理论发展及应用;考虑反分析的效率问题，采用黄金分割法对位移反分析进行优化;合理确定位移反分析的参数;采用位移反分析对杜夜隧道散体围岩力学参数进行确定，其结果存在唯一性和有效性问题。
　　 (4)针对以上问题，提出一种基于Hoek-Brown破坏准则和位移反分析的有机结合的岩体力学参数确定新方法，将新方法应用于杜夜隧道散体围岩的工程实际，通过反演正算验证了新方法的实用性，且初步探究解决了岩体参数确定的有效性、唯一性问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及意义

1．2 散体围岩的概念

1．3 岩体强度理论

1．3．1 岩体强度理论概念

1．3．2 岩体强度理论研究现状

1．3．3 Hoek-Brown破坏准则国内外研究及应用现状

1．3．4 位移反分析国内外研究现状和发展方向

1．4 亟待解决的问题

1．4．1 Hoek-Brown强度准则存在的问题和不足

1．4．2 位移反分析法研究存在的问题和不足

1．5 本文的研究思路及主要内容

1．5．1 研究思路

1．5．2 主要研究内容

第二章 基于Hoek-Brown强度准则的散体围岩力学参数估算研究

2．1 概述

2．2 Hoek-Brown强度准则

2．2．1 狭义Hoek-Brown强度准则

2．2．2 广义Hoek-Brown经验强度准则

2．2．3 Hoek-Brown强度准则适用范围

2．2．4 Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则的转化

2．3 Hoek-Brown强度准则在散体围岩力学参数估算中的应用

2．3．1 概述

2．3．2 杜夜隧道工程概况

2．3．3 隧道地形、地质条件

2．3．4 隧道工程地质与水文地质条件评价

2．3．5 Hoek-Brown强度准则输入参数的确定

2．3．6 估算结果及分析

2．4 本章小结

第三章 基于位移反分析的散体围岩力学参数确定研究

3．1 概述

3．1．1 反分析的概念与原理

3．2 位移反分析分类

3．3 位移反分析本构模型

3．3．1 岩土常用本构模型

3．4 位移反分析参数及敏感性

3．4．1 位移反分析参数

3．4．2 参数敏感性

3．5 位移反演结果检验

3．6 位移反分析在散体围岩力学参数确定中的应用

3．6．1 概述

3．6．2 弹塑性位移反分析方法及黄金分割法

3．6．3 杜夜隧道散体围岩位移反分析力学参数

3．6．4 杜夜隧道散体围岩数值模型

3．6．5 杜夜隧道散体围岩段监控量测

3．6．6 位移反分析结果及分析

3．7 本章小结

第四章 岩体力学参数确定新方法

4．1 概述

4．1．1 新方法提出的背景及意义

4．2 岩体力学参数确定新方法

4．2．1 岩体力学参数位移反分析优化基本思路

4．2．2 参数有效性及唯一性的判别标准

4．3 新方法在散体力学参数确定中的应用

4．3．1 新方法确定杜夜隧道散体围岩力学参数结果

4．3．2 新方法确定杜夜隧道散体围岩力学参数正算结果分析

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录