基于声波测试的扰动区岩体力学参数确定方法及应用

论文摘要

因边坡和隧道工程的开挖卸荷扰动将形成开挖扰动区,扰动区内岩体质量变差,力学参数发生弱化。开挖扰动区的岩体力学参数是影响边坡和隧道变形及稳定性的重要因素,其取值正确与否对稳定性分析和工程设计的准确性起着重要的作用。目前,确定开挖扰动区范围的研究比较多,而扰动区力学参数的空间变化规律研究还比较少见。因此本文结合Hoek-Brown准则和声波测试对扰动区力学参数的空间变化规律展开研究,提出一种确定扰动区力学参数的方法,最后将此方法应用于工程案例中。论文的主要研究内容及成果如下:（1）基于弹塑性力学理论,介绍了基于M-C准则和H-B准则的塑性圈半径计算方法,基于此分析了H-B准则参数地质强度指标（GSI）和扰动系数（D）对塑性圈半径的影响,结果表明GSI取值较小和D取值较大时对塑性圈半径影响明显;（2）对H-B准则参数GSI和D进行了定量化的推导,建立了GSI和D与岩体纵波波速(1的关系表达式。用工程数据验证得到推导的表达式计算值与实际值很接近,据此可以用岩体波速得到更精确的岩体力学参数;（3）通过对不同工程案例现场采集的声波测试数据进行统计分析,得到了开挖扰动区波速随着深度的变化规律,并经不同函数对数据进行拟合,确定了适用于扰动区波速变化规律的函数。将该函数与H-B准则结合,提出了一种基于声波测试的开挖扰动区岩体力学参数空间变化确定方法;（4）以某边坡工程的声波测试数据为基础,基于提出方法分析了扰动区H-B准则参数和岩体力学参数及其弱化的空间变化规律,得到扰动区力学参数弱化最小的是内摩擦角,其次是粘聚力,变形模量、抗拉强度、抗压强度弱化最大;最后还对比分析了GSI和D取值不同对力学参数变化规律及边坡稳定性的影响,研究表明是否考虑开挖扰动区及其力学参数的准确性对分析结果影响明显;（5）采用FLAC软件建立了隧道的数值模型,对比分析了是、否考虑开挖扰动区条件下,隧道变形和塑性区的变化规律,研究发现结果差异较大,考虑扰动区更符合工程实际;并通过监测数据对比,验证了本文提出的扰动区力学参数确定方法的正确性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
•   1.1 选题背景及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 岩体力学参数获取方法研究现状
•     1.2.2 声波测试在岩体中应用研究现状
•     1.2.3 开挖扰动区研究现状
•     1.2.4 目前研究存在的主要不足
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 本文的主要研究内容
•     1.3.2 本文的研究技术路线
• 2 开挖扰动区范围理论确定方法
•   2.1 引言
•   2.2 围岩塑性区计算方法
•     2.2.1 基于M-C准则的围岩塑性区理论计算
•     2.2.2 基于H-B准则的围岩塑性区理论计算
•     2.2.3 H-B准则参数取值对塑性区半径的影响分析
•   2.3 开挖扰动区的计算方法
•     2.3.1 隧道开挖扰动区的计算方法
•     2.3.2 边坡开挖扰动区的确定方法
•   2.4 本章小结
• 3 基于波速的H-B准则参数定量化推导
•   3.1 引言
•   3.2 H-B强度准则的发展
•   3.3 H-B强度准则的适用条件
•     3.3.1 H-B准则适用的应力条件
•     3.3.2 H-B准则适用的岩体条件
•     3.3.3 地下水对H-B强度准则适用的影响
•   3.4 H-B强度准则中参数的确定
• i的确定'>    3.4.1 m_i的确定
•     3.4.2 扰动系数D的确定
•     3.4.3 地质强度指标GSI的确定
•   3.5 H-B准则确定岩体的力学参数
•   3.6 参数GSI和 D的定量化推导
•     3.6.1 GSI的定量化推导
•     3.6.2 GSI对比验证
•     3.6.3 扰动系数D的定量化推导
•     3.6.4 D对比验证
•     3.6.5 H-B准则参数表达
•   3.7 本章小结
• 4 开挖扰动区岩体力学参数确定方法
•   4.1 引言
•   4.2 声波测试原理
•   4.3 声波测试方法
•   4.4 开挖扰动区岩体波速空间变化规律
•   4.5 H-B准则参数的空间变化函数
•     4.5.1 GSI的空间变化函数
•     4.5.2 D的空间变化函数
• b、s、a的空间变化函数'>    4.5.3 m_b、s、a的空间变化函数
•   4.6 扰动区岩体力学参数确定
•   4.7 本章小结
• 5 开挖扰动区力学参数变化规律及影响分析
•   5.1 引言
•   5.2 声波测试数据分析
•     5.2.1 扰动区波速函数确定
•     5.2.2 原岩区岩体力学参数确定
•   5.3 扰动区内H-B准则参数的变化规律
•   5.4 波速拟合函数对D的变化规律影响
•     5.4.1 扰动系数D变化规律的对比
•     5.4.2 扰动系数D的分区
•   5.5 扰动区力学参数变化规律分析
•     5.5.1 力学参数变化规律
•     5.5.2 力学参数弱化规律
•     5.5.3 力学参数弱化分区
•   5.6 GSI取值对扰动区力学参数变化规律的影响
•   5.7 D取值对扰动区力学参数变化规律的影响
•   5.8 扰动区作用下对边坡稳定性的影响
•     5.8.1 边坡数值模型
•     5.8.2 本文方法确定参数对边坡稳定性的影响
•     5.8.3 GSI取值对边坡稳定性的影响
•     5.8.4 D取值对边坡稳定性的影响
•   5.9 本章小结
• 6 隧道工程案例
•   6.1 引言
•   6.2 工程简介
•   6.3 扰动区范围及波速变化规律
•     6.3.1 波速数据确定扰动区范围
•     6.3.2 理论计算塑性区范围
•   6.4 数值模拟
•   6.5 数值结果
•     6.5.1 不支护的情况
•     6.5.2 支护的情况
•   6.6 本章小结
• 7 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 附录
•   A作者在攻读学位期间发表的论文
•   B学位论文数据集
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 梁再勇

导师: 王桂林

关键词: 准则,声波测试,开挖扰动区,岩体力学参数,数值模拟

来源: 重庆大学

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: 重庆大学

分类号: TU452

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.002275

总页数: 109

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