高應(yīng)力高水壓下砂巖加卸荷力學(xué)特性及其對(duì)深埋隧道穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、隨著我國(guó)交通、大型水電工程的大力建設(shè)，煤礦資源的縱深開(kāi)采，高應(yīng)力高水壓條件下的地下工程安全施工問(wèn)題日益突出。在高應(yīng)力高水壓作用下巖石的力學(xué)性質(zhì)與淺層有較大不同。此外，深部地下工程開(kāi)挖產(chǎn)生的卸荷效應(yīng)與常規(guī)加載也有較大區(qū)別，而相關(guān)研究稍顯欠缺。基于此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)的研究了砂巖在高應(yīng)力高水壓作用下的卸荷力學(xué)特性、滲流特性、能量轉(zhuǎn)化效應(yīng)等，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了本構(gòu)模型，并將建立的卸荷本構(gòu)

2、模型進(jìn)行FLAC3D二次開(kāi)發(fā)，對(duì)依托工程展開(kāi)了數(shù)值研究，主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　?、倮谩皫r石多場(chǎng)耦合三軸儀”對(duì)砂巖進(jìn)行了自然與飽和狀態(tài)下的單軸、三軸壓縮試驗(yàn)，并對(duì)高應(yīng)力高水壓下砂巖加、卸載三軸試驗(yàn)的力學(xué)特性等展開(kāi)研究等。試驗(yàn)結(jié)果表明：在同一初始圍壓條件下，初始卸荷水平越高，圍壓降低的越小，巖樣達(dá)到破壞所經(jīng)歷的卸圍壓過(guò)程越短。隨初始卸荷水平的提高，粘聚力 c呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，摩擦角?呈多項(xiàng)式關(guān)系減小。卸圍壓的兩個(gè)階段，側(cè)向應(yīng)變?cè)?/p>

3、量3??都比軸向應(yīng)變?cè)隽???大，表現(xiàn)為明顯的側(cè)向擴(kuò)容。擴(kuò)容指標(biāo)Id與圍壓呈冪函數(shù)型關(guān)系，與初始卸荷水平呈二次函數(shù)關(guān)系。
　?、趯?duì)于高應(yīng)力高水壓下的三軸卸荷試驗(yàn)，初始卸荷水平n一定時(shí)，隨著水壓p的增加，卸荷極限強(qiáng)度的降低呈現(xiàn)先快后慢的規(guī)律，巖樣更容易發(fā)生破壞，脆性特征更明顯，損傷變量ω也呈增加趨勢(shì)；當(dāng)水壓p一定時(shí)，隨著n的增大，卸荷極限強(qiáng)度線性增大，統(tǒng)一圍壓降參數(shù)?線性降低，損傷變量ω也減少，且n從0.9到1的過(guò)程中，ω降低更明顯

4、。綜合初始卸荷水平n和水壓p的影響，對(duì)摩擦角和粘聚力進(jìn)行了二元函數(shù)擬合，利用該擬合公式可以預(yù)測(cè)不同n、p條件下的粘聚力和摩擦角的值，有一定工程意義。并基于試驗(yàn)結(jié)果的分析，對(duì)不同n、p作用下的砂巖Mohr-Coulomb準(zhǔn)則表達(dá)式進(jìn)行了修正。
　?、刍诟邞?yīng)力高水壓下砂巖的三軸加載試驗(yàn)結(jié)果，提出了一種加載條件下砂巖改進(jìn)的Duncan-Chang本構(gòu)模型，并對(duì)該模型的參數(shù)m、n進(jìn)行了敏感性分析，利用砂巖的三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果對(duì)改進(jìn)Dunc

5、an-Chang本構(gòu)模型進(jìn)行了合理性驗(yàn)證。
　?、軓氖覂?nèi)三軸卸荷試驗(yàn)出發(fā)，基于修正的莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，建立了符合卸荷條件下的四線性彈塑性模型，并分段建立了適應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系。且綜合分析水壓p和初始卸荷水平 n對(duì)屈服準(zhǔn)則參數(shù)的影響，并對(duì)其進(jìn)行二元函數(shù)式分析。最后利用卸荷條件下的試驗(yàn)結(jié)果與理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　?、萃茖?dǎo)了砂巖卸荷條件下非線性彈塑性本構(gòu)模型的表達(dá)式，依托FLAC3D軟件良好的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)條件