变质砂岩隧道深埋段力学特性及灾害预测研究

作     者：江树林 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘敦文

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：隧道 变质砂岩 高地应力 力学特性 声发射 岩石波速 灾害预测 

摘      要：高地应力是山岭隧道修建面临的主要恶劣环境之一。我国在“十四·五规划中要求进一步加快推进全国交通基础设施互联互通,未来山岭隧道的建设规模会继续扩大。因此,针对山岭隧道深埋段高地应力条件下围岩的力学特性和灾害预测的研究,是十分有必要的。本文的研究内容主要有两点:一是利用材料伺服机、声发射监测系统及超声波监测仪研究了变质砂岩在单轴循环加卸载作用下的强度特征、声发射特征及波速特征等相关力学特性。二是综合采用理论分析和数值模拟等方法对黄山地区某变质砂岩隧道深埋段的地震灾害、岩爆灾害及围岩大变形灾害进行了预测判别。通过本文研究得到以下主要结论:(1)通过对变质砂岩开展系统的单轴分级循环加卸载试验,研究了变质砂岩的声发射及波速特征。研究发现,在加载破坏的前夕,变质砂岩声发射活动会有一个骤升再骤降的过程,骤降后很短的时间内岩石便会发生破坏,破坏时声发射信号达到显著峰值。即变质砂岩声发射活动存在“平静期现象。变质砂岩波速变化存在一个应力“门槛值,当应力超过此“门槛值时,岩石损伤程度会显著增大,岩样波速快速下降。工程中可以利用变质砂岩声发射“平静期和岩体波速快速下降的现象实现对岩体的破坏失稳预测。(2)通过分析现场钻孔勘察资料,确定了隧道深埋段具有高地应力场特征,并计算得出了隧道深埋段洞室横截面的地应力状态。(3)综合利用宏观地质特征分析法、围岩强度应力比法等多种理论判据,对该变质砂岩隧道深埋段围岩进行了岩爆灾害预测,指出隧道深埋段围岩不会出现足以影响施工安全程度的岩爆。(4)开展了隧道深埋段的预加固后的围岩和初支组合体变形特征数值模拟,对比分析了数值模拟结果与工程实际监控量测数据,验证了支护措施的可靠性。图59幅,表23个,参考文献130篇