层状岩体变形及强度的各向异性研究

论文摘要

层状岩体的非均质性、不连续性和各向异性等特征与其他结构类型的岩体相比更为明显,层状岩体的各向异性特征不仅受结构面密度和结构面产状等物理参数的影响,岩体所处应力状态等外部环境的影响作用同样不可忽略。因此,本文对层状岩体变形及强度的各向异性特征进行了更加深入的的分析,以求对工程实际提供理论依据。本文以统计岩体力学的应力-应变关系及强度理论为基础,结合数值模拟分析,研究了结构面的产状、密度以及应力状态对层状岩体各向异性特征的影响。以纸坊隧道为依据进行案例分析并提出了相应的支护措施。主要研究成果和结论包括以下几个方面:（1）结合统计岩体力学原理推导的层状岩体应力-应变关系及强度破坏判据,利用C#语言编制而成了岩体力学参数计算程序,为工程实践中选取岩体相关的力学参数提供了一种全新而可靠的途径。进一步的以淋溪河水电站坝址区岩体现场承压板试验数据为依据,验证了层状岩体相关力学参数理论公式的准确性以及岩体力学参数计算程序-SMRM程序的可靠性。（2）由于层状岩体内结构面的控制作用,使得层状岩体具有显著的各向异性特点。经过大量的程序计算发现,层状岩体内结构面密度的增加,会导致层状岩体各向异性以及弱化等现象越来越明显;结构面产状的改变控制岩体的变形及强度参数呈“V”型变化,在轴向应力以及围压等特定条件不变的情况下,层状岩体的变形和强度的各向异性指数不会改变,但各向异性显著的区域会随着倾角发生变化;层状岩体变形及强度特征会随着围压的增大而增大,与之对应的各向异性特征则逐步减弱,直至彻底消失。（3）通过MIADAS建模软件建立了一系列的圆柱体试验模型并在FLAC3D进行数值模拟分析,从模拟软件据监测数据可以得到,层状岩体的变形参数和强度参数会随着结构面的倾角呈现出现下降后上升的趋势,结构面的密度的增大以及围压的减小则会导致岩体变形及强度等参数产生弱化的现象。（4）在理论分析和数值模拟总结出的各向异性变化规律的基础上,以西北地区川渝铁路的纸坊隧道为依据,提出了层状围岩隧道的加固方法。该加固方法可以严格地控制非均匀变形和各向异性特征,使得隧道的二次衬砌可以顺利进行,适用于各类型层状隧道围岩的设计和施工。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题依据及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 岩体变形及强度参数的研究现状
•     1.2.2 岩体变形及强度的各向异性研究现状
•   1.3 存在的问题
•   1.4 研究内容及研究思路
•     1.4.1 主要研究内容
•     1.4.2 研究技术路线
• 2 层状岩体的变形及强度理论
•   2.1 概述
•   2.2 层状岩体的应力-应变关系
•     2.2.1 层状岩体的应变能
•     2.2.2 层状岩体的本构关系
•     2.2.3 层状岩体的弹性模量
•   2.3 层状岩体的强度理论
•     2.3.1 结构面的破坏判据
•     2.3.2 层状岩体的抗压强度
•   2.4 SMRM程序
•   2.5 岩体工程参数的验证
•     2.5.1 岩体弹性模量的验证
•     2.5.2 岩体抗压强度的验证
•   2.6 本章小结
• 3 层状岩体变形及强度的各向异性分析
•   3.1 概述
•   3.2 层状岩体变形及强度的相关状态因素分析
•     3.2.1 层理参数
•     3.2.2 应力状态
•   3.3 层状岩体弹性模量的影响因素
•     3.3.1 层理倾角对层状岩体弹性模量的影响
•     3.3.2 层理密度对层状岩体弹性模量的影响
•     3.3.3 应力状态对层状岩体弹性模量的影响
•   3.4 层状岩体抗压强度的影响因素
•     3.4.1 层理倾角对层状岩体抗压强度的影响
•     3.4.2 层理密度对层状岩体抗压强度的影响
•     3.4.3 应力状态对层状岩体抗压强度的影响
•   3.5 分析与讨论
•   3.6 本章小结
• 4 层状岩体的各向异性数值模拟试验分析
•   4.1 概述
•   4.2 FLAC3D原理及求解过程
•   4.3 数值模型建立的过程分析
•     4.3.1 本构模型的选择
•     4.3.2 边界条件及相关参数的选择
•     4.3.3 建立模型
•   4.4 数值模拟的结果与分析
•     4.4.1 结构面倾角对层状岩体弹性模量及抗压强度的影响
•     4.4.2 结构面密度对层状岩体弹性模量及抗压强度的影响
•     4.4.3 应力状态对层状岩体弹性模量及抗压强度的影响
•   4.5 本章小结
• 5 工程案例分析
•   5.1 工程概况
•   5.2 变形特征及分析
•   5.3 围岩压力监测及结果分析
•     5.3.1 监测方案
•     5.3.2 结果分析
•   5.4 分析与讨论
•   5.5 支护措施
• 6 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 不足与展望
• 参考文献
• 在校研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李深圳

导师: 伍法权,魏尚朝

关键词: 层状结构岩体,统计岩体力学,弹性模量,抗压强度,各向异性,数值模拟

来源: 绍兴文理学院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 绍兴文理学院

分类号: TU45

总页数: 93

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