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干湿循环作用下注浆加固体蠕变特性及隧道运营稳定性研究

干湿循环作用下注浆加固体蠕变特性及隧道运营稳定性研究

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作者：尹占超山东大学

学位级别：硕士

随着众多岩土工程的发展,水岩耦合作用目前成为岩土工程的重要研究领域。岩石等材料在浸水的作用下会出现膨胀、软化以及崩解等劣化现象,而在饱水的岩土体失水干燥时会出现收缩开裂,饱水失水的过程均是导致岩土工程病害的重要因素。例... 详细信息

随着众多岩土工程的发展,水岩耦合作用目前成为岩土工程的重要研究领域。岩石等材料在浸水的作用下会出现膨胀、软化以及崩解等劣化现象,而在饱水的岩土体失水干燥时会出现收缩开裂,饱水失水的过程均是导致岩土工程病害的重要因素。例如水位涨落的库岸边坡,存在季节性降雨的隧道等工程,饱水失水过程,即干湿循环作用会对材料造成损伤,引起劣化作用。当然干湿循环引起的损伤作用并不会引起突发性的灾害,而是经过长时间的力学作用产生的结果。蠕变指的是在所受应力不变时,应变随时间增长而增加的现象,在隧道等与岩体相关的长时间服役的工程中,蠕变引起的时效性变形不可忽略,如边坡失稳、巷道塌方、隧道衬砌变形开裂等均是由于岩石蠕变引起的大变形导致的,岩石的蠕变效应对于工程稳定性有着控制作用。此次研究的对象并不是岩体,而是经注浆工程形成的注浆加固体。注浆工程作为目前主流的治理地下工程灾病害的手段,形成的加固体具有隔水加固等主要作用。注浆加固体作为被注介质与浆液的结合体,其力学性质复杂,特别对于加固体长期荷载作用下的蠕变特性研究,是保证工程运营长期稳定性的关键。本文的研究主题主要为干湿循环作用下注浆加固体的蠕变行为,通过多种研究手段结合,主要研究内容如下:（1）开展了不同被注介质、不同注浆压力以及不同干湿循环次数下注浆加固体的力学性能试验。根据单轴试验结果,进行了分级加载的单轴压缩蠕变试验,分析了注浆加固体的蠕变特性,以及干湿循环作用对于加固体力学性能的损伤作用。（2）通过在Burgers模型的基础上串联一个非线性的黏塑性体,以表征在进入加速蠕变阶段后应变非线性增长的变化特征,基于损伤力学的原理,推导了蠕变模型中蠕变参数的损伤模量,提出了描述加固体蠕变行为的“考虑干湿循环次数n损伤下的非线性黏弹塑性蠕变模型”。（3）建立了前述提出的蠕变模型在三维状态下的蠕变方程,推导了二次开发所需要的应力增量在三维状态下的中心差分格式。基于FLAC3D软件,采用VS2010开发平台,编译生成了 modeluserGRNB蠕变模型动态链接文件,实现了自定义蠕变模型在软件中的程序化。（4）根据依托工程——江西省南石壁隧道,选取了典型的注浆加固圈断面,建立计算模型,并对注浆完成后进行了为期20年的蠕变计算,考虑每计算一年为进行一次干湿循环,分析了计算过程中隧道洞周特征点位移的变化规律。通过fish语言编制了计算隧道衬砌安全系数的命令程序,计算得到了在20年计算中衬砌安全系数的变化。

关键词：注浆加固体干湿循环损伤蠕变模型二次开发

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