深部含软岩峒室开挖的模型试验及数值模拟研究

摘要

深部地下工程的围岩变形具有明显的时间效应与空间效应，其原因多为高应力下围岩破碎严重、硬岩与软岩的持续蠕变与岩石长时强度劣化所致，其变形破坏的突出特点有非线性、非对称性、流变性与大变形。为此，论文研究将通过机理分析、模型试验、数值模拟分析三种技术手段，开展深部峒室的稳定性研究。
　　 通过前期对相似材料的研制和试验，确定出较适合的相似材料配合比，配制符合研究内容的相似材料。通过容重与几何相似比，确定模型试验中各岩层的弹性模量、泊松比、抗压强度等的比例常数。开展模型材料的岩石力学性能试验，研究各层岩体的相似材料级配关系，达到相似试验的要求，尤其是软岩层的相似材料级配关系。
　　 基于配制出的相似材料，进行模型试验，探讨软岩层的厚度、断面的形状、地应力的大小、单峒室与双峒室和软岩层的位置等因素对深部峒室开挖的影响，探索最不利因素，进而提出峒室开挖施工的优化设计方案。
　　 论文将针对深部工程及相关地质力学条件，通过对工程地质构造与地应力分布的分析，建立深部地下峒室分析模型。借助于FLAC3D数值模拟软件，开展峒室模型数值模拟分析。进一步研究峒室长期使用中因岩石流变及强度劣化而可能出现的峒室失稳现象，并最终为构建实际工程的预警与处置模型，给出合理可靠的支护方案与意见。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究的背景及意义

1．3 深部地下工程的研究现状

1．4 地下工程中支护技术的发展

1．5 相似实验与数值模拟

1．5．1 相似模拟的研究现状

1．5．2 FLAC3D数值模拟

1．6 论文的研究内容

第二章 相似材料制备

2．1 引言

2．2 相似材料的研制与测试分析试验

2．2．1 相似理论

2．2．2 相似材料力学参数的确定

2．2．3 试验概况

2．2．4 配制相似材料

2．2．5 相似材料三轴压缩实验

第三章 相似模型试验

3．1 试验原理与试验设备

3．2 传感器的布置与开挖过程

3．3 相似模型试验结果分析

3．4 本章小结

第四章 基于相似模型的数值模拟

4．1 引言

4．2 数值计算模型的建立

4．2．1 几何模型

4．2．2 本构模型

4．2．3 边界条件及力学参数

4．2．4 数值模拟计算结果

4．3 模型试验与数值模拟结果对比

4．4 深埋与浅埋软岩峒室的开挖变形特点

4．4．1 不同应力边界条件的影响

4．4．2 岩石力学性能变化的影响

4．4．3 峒室断面形状的影响

4．4．4 结论

4．5 本章小结

第五章 峒室支护的数值模拟

5．1 引言

5．2 支护方案设计

5．2．1 计算内容

5．2．2 计算模型的建立

5．3 峒室开挖支护计算

5．3．1 软岩层厚度

5．3．2 软岩层位置

5．3．3 地应力大小

5．3．4 峒室断面形状

5．3．5 单峒室与双峒室

5．4 峒室蠕变的数值模拟

5．4．1 蠕变模型

5．4．2 蠕变参数

5．5 峒室蠕变支护计算

5．5．1 单一介质材料支护计算

5．5．2 真实工况支护计算

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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