禮讓隧道石膏質(zhì)圍巖軟化機理及模型研究.pdf

1、重慶梁忠高速禮讓隧道穿越300m長的石膏層，石膏巖遇水易軟化，對隧道施工安全構(gòu)成嚴重的威脅，針對這一工程病害特點，本文對石膏巖進行了一系列的軟化試驗研究，為解決工程實際問題建立了相應(yīng)的理論模型及工程應(yīng)用模型。本文主要開展了以下幾個方面的研究工作：
　?、賹鴥?nèi)外石膏巖及相類似軟巖的研究現(xiàn)狀進行分析和總結(jié)，擬定本文的主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線；對禮讓隧道工程地質(zhì)特征進行分析，著重分析了與石膏巖軟化密切相關(guān)的水文地質(zhì)條件。
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2、禮讓隧道石膏質(zhì)圍巖的力學性質(zhì)進行了試驗研究，開展了單軸、三軸試驗及剪切試驗，獲得了石膏巖的單軸抗壓強度、彈性模量、抗剪強度、泊松比等基本力學參數(shù)，其彈性模量和單軸抗壓強度均較低，屬于軟巖的范疇，巖石破壞形式呈脆性破壞。
　?、坩槍κ鄮r開展了一系列的軟化試驗及細觀試驗，揭示了石膏巖各項力學參數(shù)隨浸泡時間的演化規(guī)律，并擬合出了相應(yīng)的軟化方程。石膏巖的單軸抗壓強度、抗剪強度、彈性模量均隨浸泡時間呈負指數(shù)趨勢下降，而石膏巖泊松比在一定條

3、件下隨浸泡時間的增加而增加；在損傷力學基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了基于時間因素的石膏巖軟化損傷演化方程，揭示了脆性系數(shù)與軟化損傷變量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，建立了石膏巖在不同淡水浸泡時間下的軟化深度模型?；趬汗囼灁?shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)石膏巖的孔隙率隨浸泡時間的增加而增大，相應(yīng)宏觀表現(xiàn)為石膏巖單軸壓縮過程中孔隙壓密階段延長、變形量增加；隨著浸泡時間的增長，石膏巖性質(zhì)發(fā)生改變，逐漸由脆性向延性轉(zhuǎn)變。
　　④通過分析正交軟化試驗結(jié)果，揭示了浸泡時間、溫度和 S

4、O42-濃度等因素對石膏巖軟化的影響規(guī)律，運用層次分析法計算出了各個因素的影響權(quán)重，結(jié)果表明：浸泡時間和溫度在石膏巖軟化過程中起決定性的作用，浸泡時間和溫度的影響權(quán)值之和大于97％，其中浸泡時間的影響權(quán)值最大，超過80%，溫度次之，而SO42-濃度對石膏巖的軟化影響幾乎為零，可以忽略不計。
　?、菰诳紤]石膏巖軟化特性、獲得彈性模量和泊松比隨浸泡時間的變化規(guī)律的前提下，基于圓形軸對稱隧道平面應(yīng)變彈性解，建立了考慮軟化效應(yīng)的隧道圍巖自

5、穩(wěn)時間評價模型。對模型進行了參數(shù)分析，在相同跨度下，自穩(wěn)時間隨隧道埋深的增加而減小，隨完整性系數(shù)的增大而增加，隨著地下水系數(shù)的增大而減小，圍巖彈性模量越大自穩(wěn)時間越長。分析結(jié)果表明，本文給出的考慮軟化效應(yīng)的隧道圍巖自穩(wěn)時間評價模型與實際情況相符，說明了該模型的科學性與合理性。并針對模型中關(guān)于地下水分布特征的簡化問題進行了討論，推導(dǎo)出考慮地下水分布特征的彈性模量及泊松比的取值公式?；诂F(xiàn)場數(shù)據(jù)和軟化試驗結(jié)果，使用該模型對禮讓隧道石膏段圍巖