大丽公路双龙隧道开挖过程中裂隙岩体损伤分析与研究

论文摘要

本文通过学习大量的国内外科研成果,在岩体的动态损伤方面进行了大量的研究,结合大理-丽江高速公路双龙隧道的现场观测以及霍普金森压杆试验,来研究和探索隧道开挖中的岩体损伤累积特性。论文中利用TSP技术和地质雷达波探测原理在大丽高速公路双龙隧道进行了长期的现场观测,主要的观测内容包括超前预报、初支检测、二衬检测和质量监测。通过TSP检测,可以得到双龙隧道的基本地质参数以及未来施工方向上的各种岩体情况；通过地质雷达波探测,可以得到岩体内部的具体情况以及支护在施工各阶段的变化情况。通过对比分析地质雷达探测到的图像,可以分析出支护层以及岩体内部在爆破开挖前后的形变和扰动变化,并且加强对已经发现的明显缺陷地段观测,可以直观的观测出岩体中节理裂隙的变化和发育情况。对开挖过程中遇到的大块孤石或者较为坚硬的岩石以及周边山体上的坚硬岩石进行取样,进行分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,来研究实际生产中的岩石在模拟爆破冲击的作用下的动态岩石塑性损伤的累积效应。论文选用FLAC3D数值模拟软件,根据TSP检测得到的各种数据,对隧道的开挖进行数值模拟,可以得到隧道开挖中围岩的应力分布和应力变化,以及塑性变形情况,对隧道支护稳定性分析提供有力的支持,并在模拟过程中,对支护前和支护后进行两种不同程度的支护效果,分析对比支护对损伤所达到的安全效应。论文采用理论与实践相结合的思路,动态的研究隧道开挖过程中的岩体损伤累积特性,为隧道工程建设中的支护以及对隧道质量的保障提供理论基础。通过多种手段的研究,我们可以发现岩石损伤具有损伤极限和损伤下限的特点,并且损伤极限和损伤下限都与岩石的破碎程度无关,只受到岩石本身的岩性所影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景、目的和意义
• 1.1.1 选题的背景
• 1.1.2 裂隙岩体损伤研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容及主要技术路线
• 1.4 论文创新点
• 第二章 岩体损伤的动力学特性
• 2.1 损伤及损伤度的定义
• 2.2 裂隙岩体损伤概述
• 2.3 裂纹起裂判据及扩展方向
• 2.3.1 判断裂纹产生的方法
• 2.3.2 裂纹扩展方向
• 2.4 裂隙岩体损伤流变模型研究
• 2.5 岩体在动载荷作用下的力学特性
• 2.5.1 节理裂隙作用下一般理学特性
• 2.5.2 循环载荷下软弱夹层的剪切特性
• 2.5.3 裂隙在动载荷作用下的速率效应
• 2.6 岩石类脆性材料的损伤特性
• 2.7 本章小结
• 第三章 隧道岩石试件霍普金森压杆实验
• 3.1 SHPB实验技术基本原理
• 3.2 超声波检测损伤度技术的研究
• 3.2.1 声波速度测量材料的损伤
• 3.2.2 试验试件纵波波速的检测假设
• 3.2.3 测量纵波波速的方法
• 3.3 霍普金森压杆试验冲击累计损伤研究
• 3.4 岩石试件霍普金森压杆试验
• 3.4.1 试件取样、加工及打磨
• 3.4.2 实验方案设计和实验过程
• 3.4.3 实验结果及数据分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 TSP技术和地质雷达波分析在双龙隧道中的应用
• 4.1 双龙隧道工程概况
• 4.1.1 工程简介
• 4.1.2 地形、地貌
• 4.1.3 地层岩性
• 4.1.4 地质构造及地震动参数
• 4.1.5 水文地质条件
• 4.1.6 主要施工方案及施工方法
• 4.2 隧道TSP超前预报和地质雷达物探技术简介
• 4.2.1 TSP检测技术简介
• 4.2.2 TSP检测技术的机理
• 4.2.3 地质雷达的工作原理
• 4.2.4 地质雷达的应用
• 4.3 大丽高速双龙隧道TSP超前预报检测及分析
• 4.3.1 TSP检测方法
• 4.3.2 检测原理和设备
• 4.3.3 TSP探测结果
• 4.3.4 预报区段的工程地质条件及分析
• 4.3.5 大丽高速双龙隧道TSP地质超前预报结论
• 4.4 大丽高速双龙隧道地质雷达波检测及分析
• 4.4.1 双龙隧道初期支护损伤诊断方法
• 4.4.2 双龙隧道地质雷达检测参数的选取
• 4.4.3 大丽高速双龙隧道损伤雷达波检测结果与分析
• 4.5 本章小节
• 第五章 FLAC3D隧道工程稳定性分析
• 5.1 FLAC3D简介
• 5.2 计算模型的建立
• 5.2.1 模型参数的确定
• 5.2.2 双龙隧道建设工程数据测量
• 5.2.3 摩尔-库伦（Mohr-Coulomb）计算法
• 5.3 模拟结果与分析
• 5.3.1 FLAC3D数值模拟隧道应力分析
• 5.3.2 FLAC3D数值模拟隧道塑性变形分析
• 5.3.3 FLAC3D数值模拟隧道位移分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文目录