粘土地层盾构掘进泥水劈裂压力及伸展路径研究

目录

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致谢

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 断裂力学在裂缝扩展中的应用

1.3.2 扩展有限元的发展与应用

1.3.3 水力劈裂研究现状

1.3.4 研究现状总结

1.4 研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

2 粘土开裂机理及参数试验测定

2.1 断裂力学原理

2.1.1 裂纹开裂方式

2.1.2 线弹性裂纹扩展准则

2.2 人造粘土制备

2.3 材料参数测定

2.3.1 抗拉强度

2.3.2 摩尔库伦抗剪强度

2.3.3 张拉韧性

2.3.4 剪切韧性

2.4 本章小结

3 粘土地层泥水劈裂压力试验研究

3.1 泥水劈裂启裂压力试验研究

3.1.1 试验装置研发

3.1.2 轴压对启裂压力的影响

3.1.3 围压对启裂压力的影响

3.1.4 厚径比对启裂压力的影响

3.1.5 无侧限抗压强度对启裂压力的影响

3.1.6 泥水粘度对启裂压力的影响

3.1.7 启裂压力计算公式

3.2 泥水劈裂伸展压力及路径试验研究

3.2.1 试验装置研发

3.2.2 泥水粘度对伸展压力及裂缝形态的影响

3.2.3 应力状态对伸展压力及裂缝形态的影响

3.3 本章小结

4 粘土地层启裂-伸展过程模拟分析

4.1 扩展有限元数值模拟方法

4.1.1 扩展有限元原理

4.1.2 节点增强函数的引入

4.1.3 单元开裂原理

4.1.4 单元初始损伤及损伤演化

4.1.5 张拉-剪切断裂准则的嵌入

4.2 粘土地层泥水劈裂启裂压力模拟分析

4.2.1 模型建立

4.2.2 模拟过程

4.2.3 围压对启裂压力的影响模拟验证

4.2.4 厚径比对启裂压力的影响模拟验证

4.2.5 无侧限抗压强度对启裂压力的影响模拟验证

4.2.6 泥水粘度对启裂压力的影响模拟验证

4.3 粘土地层伸展压力及路径模拟分析

4.3.1 伸展压力模拟验证

4.3.2 三维裂缝形态模拟验证

4.4粘土地层泥水劈裂破坏类型现场试验模拟分析

4.4.1 地层劈裂现场试验介绍

4.4.2 地层劈裂现场试验模拟分析

4.5 本章小结

5 盾构泥水劈裂伸展压力及裂缝三维细观形态研究

5.1 盾构泥水劈裂伸展压力及路径研究

5.1.1 盾构泥水劈裂裂缝伸展模拟方法

5.1.2 水压对伸展压力及路径的影响

5.1.3 覆土厚度对伸展压力及路径的影响

5.1.4 剪切强度对伸展压力及路径的影响

5.1.5 泥水粘度对伸展压力及路径的影响

5.2 盾构泥水劈裂裂缝伸展三维细观形态研究

5.2.1 盾构泥水劈裂裂缝形态三维模拟方法

5.2.2 隧道直径对裂缝形态的影响

5.2.3 覆土厚度对裂缝形态的影响

5.2.4 泥水粘度对裂缝形态的影响

5.2.5 泥水注入速度对裂缝形态的影响

5.3 本章小结

6 水底冲槽对地层启裂-伸展影响及控制措施研究

6.1 水下泥水盾构掘进特征

6.2 冲槽深度对劈裂压力及裂缝形态的影响

6.2.1 覆土厚度2.5倍洞径时冲槽深度的影响

6.2.2 覆土厚度1.5倍洞径时冲槽深度的影响

6.3 水深对劈裂压力及裂缝形态的影响

6.4 冲槽到掌子面距离对劈裂压力及裂缝形态的影响

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 主要创新点

7.3 研究展望

参考文献

作者简历

独创性声明

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