含节理岩体地下洞室稳定性的实验及数值分析研究

摘要

近年来大量的地下工程正在修建，地下工程的修建和运营过程中不可避免的会遇到节理岩体。由于节理岩体在几何形态、岩体参数、地质分布等方面存在很大的不确定性;同时地下工程的地质构造，如地质运动等存在一定的随机因素，这些不确定性使地下工程运营产生了很大的风险。目前对节理岩体的地下工程分析主要包括静力学方面的研究，动荷载作用下的节理岩体洞室的失效路径和形态还不太完善。
　　本文以泰安抽水蓄能电站为背景，综合考虑内因节理、断层的随机因素以及外因地震随机荷载作用共同对地下洞室的破坏影响。主要采用室内试验和数值方法对地下主厂房失效路径、失效部位、失效时机的探讨，综合对地下洞室稳定性进行评价分析，主要内容如下:
　　1.对节理岩体的节理形态及几何特征进行判别，并分析不同工况下的节理岩体力学特性;探讨多裂纹在外荷载作用下的扩张规律和次生裂纹发育机理的内在因素。同时依据现有研究成果及研究方式探讨多节理垂直形态的裂纹扩展规律和发育机理，得到了不同的实验现象，并从实验过程和实验结果得出了相应的裂纹及扩张的相互作用关系。
　　2.以类岩石透明材料为基础模型，采用了新型工艺和相应的预置节理方式制作了含有节理岩体洞室的事件模块，并进行室内加载试验，研究和探讨洞室在节理的作用下洞室的起裂规律、洞室的失效路径以及受节理影响作用大的洞室关键部位。
　　3.基于室内的节理岩体和节理岩体洞室试验，以泰安抽水蓄能电站地下主厂房为项目支撑，建立含有节理、断层的三维模型，进行相应的地下主厂房稳定性分析。
　　4.采用加速度时程分析法研究地下主厂房在地震作用下的动力响应，得出地下主厂房在地震作用下的安全系数、洞室围岩位移应力特性以及塑性区等;本文得到的各种工况下节理岩体及地下主厂房的裂纹发育特性、洞室的起裂规律、洞室的失效路径以及主厂房的稳定性分析可以为岩土工程中的一些设计和建设提供一定的参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 节理岩体研究

1．2．2 地下洞室围岩稳定性研究进展

1．2．3 地震作用下地下洞室稳定性研究方法

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容与方法

1．3．2 技术路线

第二章 节理岩体力学破坏特性分析

2．1 室内试验节理岩体力学特性分析

2．1．1 单节理次生裂纹发育特性

2．1．2 双节理破坏规律

2．1．3 洞室与节理分布研究

2．2 岩体的动力学特性

2．2．1 岩体动力学综述

2．2．2 地下工程抗震计算方法

2．3 节理岩体地下洞室数值模拟研究

2．3．1 节理单元的动力学分析及模拟

2．3．2 洞室围岩破坏失效判定

第三章 含节理岩体破坏规律的实验研究

3．1 常规静力荷载下节理岩体变形规律研究

3．1．1 垂直节理裂隙单轴实验

3．1．2 垂直节理岩体现象分析

3．1．3 节理岩体破坏分析

3．1．4 试验研究结果分析

3．2 垂直裂隙节理岩体数值模拟

3．2．1 数值模拟

3．2．2 实验过程及材料参数确定

3．2．3 数值模拟结果

3．3 本章小结

第四章 含节理岩体地下洞室稳定性实验研究

4．1 节理岩体地下洞室室内试验

4．1．1 节理分布设计

4．1．2 节理岩体地下洞室实验

4．2 节理岩体地下洞室实验现象分析

4．3 本章结论

第五章 泰安抽水蓄能电站节理岩体地下洞室稳定性分析研究

5．1 工程介绍及数值模拟分析

5．1．1 工程地质及问题提出

5．1．2 工程围岩概况

5．1．3 模型建立

5．2 节理岩体地下洞室稳定性分析

5．2．1 开挖及运营稳定性分析

5．2．2 稳定性模拟

5．2．3 数值模拟过程及结果分析

5．3 动力学模拟分析

5．3．1 Flae3D动力学计算原理

5．3．2 三维模型动力学模拟

5．3．3 数值模拟过程及结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 本文创新点

6．3 今后工作展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研项目

硕士期间参与的学术会议

硕士期间发表的论文及专利