深埋薄层板岩隧道变形机理及高预紧恒阻锚索控制技术研究
发布时间：2023-05-28 08:52
木寨岭特长公路隧道及其斜井穿越多条断层破碎带及炭质板岩地层,地质情况较为复杂,主要表现为:断层构造作用强烈、地应力高、隧道埋深较大、地下水发育等。以木寨岭隧道2#斜井为例,在工程建设期间多次发生初支破坏情况,其变形特征主要表现为:非对称变形、围岩变形量大、变形持续时间较长、初支结构破坏严重,其综合换拱率已达27%。现有支护手段已经很难满足该地质条件下的隧道建设需求,对项目建设工期以及施工安全造成严重影响。目前,在煤矿软岩支护领域中,高预紧力恒阻锚索控制技术已经推广应用,且取得了较好的应用效果。恒阻锚索是因为恒阻器内的恒阻体与套筒产生相互摩擦作用,产生恒阻大变形,由于恒阻体的挤压作用,套筒产生了横向膨胀,从而实现宏观上的NPR(Negative Poisson’s ratio)结构效应,因此恒阻锚索也称为NPR锚索。针对木寨岭隧道在建设期间出现的隧道围岩大变形问题,探索高预紧力恒阻支护技术在隧道中的应用效果,本文依托木寨岭隧道2#斜井,对其工程特征、变形机理进行分析,阐述了高预紧力恒阻锚索在深埋薄层板岩隧道中对围岩的控制机理,针对隧道围岩的非对称性变形特征提出了非对称高预紧力恒阻锚索支护...
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.2.1 板岩隧道围岩力学特征及深埋软岩隧道研究现状
1.2.2 软岩隧道变形机理及控制技术研究现状
1.2.3 恒阻锚索支护体系研究现状
1.2.4 基于3DEC离散元的隧道围岩变形数值分析研究现状
1.3 存在的主要问题
1.4 主要研究内容
1.5 研究方法及技术路线
1.5.1 研究方法
1.5.2 技术路线
1.6 本章小结
2 木寨岭隧道2#斜井工程地质条件及围岩工程特征
2.1 工程概况
2.1.1 地层岩性
2.1.2 地质构造
2.1.3 水文情况
2.2 地应力特征
2.3 岩体结构特征
2.4 板岩岩性特征
2.4.1 矿物成分分析
2.4.2 基于点载荷强度实验下的岩石强度
2.4.3 岩石强度与节理面倾角
2.5 本章小结
3 木寨岭隧道2#斜井变形机理研究
3.1 原支护方案
3.2 隧道围岩宏观变形特征
3.2.1 现场分段变形破坏综述
3.2.2 围岩变形特征分析
3.3 薄层状板岩隧道结构力学模型及隧道围岩变形主控因素分析
3.3.1 薄层状板岩隧道结构力学模型
3.3.2 基于摩尔库伦理论下的围岩稳定性分析
3.4 薄层板岩隧道变形机理数值分析
3.4.1 3DEC离散元软件简介
3.4.2 数值模拟参数及模型
3.4.3 数值模型建立
3.4.4 不同节理倾角对隧道围岩影响
3.4.5 不同埋深条件对隧道围岩影响
3.4.6 围岩吸水软化对隧道围岩影响
3.5 本章小结
4 高预紧力恒阻锚索支护机制及数值模拟分析
4.1 恒阻锚索特性实验研究
4.1.1 实验设备
4.1.2 实验结果分析
4.2 高预紧力恒阻锚索支护机制分析
4.2.1 恒阻锚索对岩体所释放能量的吸收
4.2.2 高预紧力长短锚索相互作用下的岩体组合梁及悬吊作用
4.3 高预紧力恒阻锚索与围岩相互作用关系数值分析
4.4 本章小结
5 高预紧力恒阻锚索支护控制方案及其实验分析
5.1 支护方案
5.2 锚索支护控制模型试验研究
5.2.1 相似理论及相似材料
5.2.2 实验及监测装备
5.2.3 实验方案
5.2.4 结果分析
5.3 高预紧力恒阻锚索支护控制效果数值分析
5.3.1 建立计算模型
5.3.2 数值模拟结果分析
5.4 本章小结
6 现场实测分析
6.1 监测目的及监测内容
6.2 测点布置
6.3 监测结果分析
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3824321
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.2.1 板岩隧道围岩力学特征及深埋软岩隧道研究现状
1.2.2 软岩隧道变形机理及控制技术研究现状
1.2.3 恒阻锚索支护体系研究现状
1.2.4 基于3DEC离散元的隧道围岩变形数值分析研究现状
1.3 存在的主要问题
1.4 主要研究内容
1.5 研究方法及技术路线
1.5.1 研究方法
1.5.2 技术路线
1.6 本章小结
2 木寨岭隧道2#斜井工程地质条件及围岩工程特征
2.1 工程概况
2.1.1 地层岩性
2.1.2 地质构造
2.1.3 水文情况
2.2 地应力特征
2.3 岩体结构特征
2.4 板岩岩性特征
2.4.1 矿物成分分析
2.4.2 基于点载荷强度实验下的岩石强度
2.4.3 岩石强度与节理面倾角
2.5 本章小结
3 木寨岭隧道2#斜井变形机理研究
3.1 原支护方案
3.2 隧道围岩宏观变形特征
3.2.1 现场分段变形破坏综述
3.2.2 围岩变形特征分析
3.3 薄层状板岩隧道结构力学模型及隧道围岩变形主控因素分析
3.3.1 薄层状板岩隧道结构力学模型
3.3.2 基于摩尔库伦理论下的围岩稳定性分析
3.4 薄层板岩隧道变形机理数值分析
3.4.1 3DEC离散元软件简介
3.4.2 数值模拟参数及模型
3.4.3 数值模型建立
3.4.4 不同节理倾角对隧道围岩影响
3.4.5 不同埋深条件对隧道围岩影响
3.4.6 围岩吸水软化对隧道围岩影响
3.5 本章小结
4 高预紧力恒阻锚索支护机制及数值模拟分析
4.1 恒阻锚索特性实验研究
4.1.1 实验设备
4.1.2 实验结果分析
4.2 高预紧力恒阻锚索支护机制分析
4.2.1 恒阻锚索对岩体所释放能量的吸收
4.2.2 高预紧力长短锚索相互作用下的岩体组合梁及悬吊作用
4.3 高预紧力恒阻锚索与围岩相互作用关系数值分析
4.4 本章小结
5 高预紧力恒阻锚索支护控制方案及其实验分析
5.1 支护方案
5.2 锚索支护控制模型试验研究
5.2.1 相似理论及相似材料
5.2.2 实验及监测装备
5.2.3 实验方案
5.2.4 结果分析
5.3 高预紧力恒阻锚索支护控制效果数值分析
5.3.1 建立计算模型
5.3.2 数值模拟结果分析
5.4 本章小结
6 现场实测分析
6.1 监测目的及监测内容
6.2 测点布置
6.3 监测结果分析
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3824321
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