断层附近应力分布的异常和对地下工程围岩稳定的影响

摘要

研究断层附近应力分布的量化异常进而分析其对地下工程围岩稳定性的量化影响对于保证地下工程的运行安全具有巨大的现实意义及工程应用价值。本文研究了断层附近的应力和位移分布异常以及隧洞围岩应力场及其稳定性如何受断层影响。通过系统的数值仿真试验来研究断层厚度、断层倾角、断层变形模量、地应力侧压系数等四个主要因素的影响。采用正交与均匀试验设计方法，应用有限差分法分析方法，对16种计算工况进行分析，计算了300个以上的不同算例，得到了规律性的结果。最后对隧洞接近断层时围岩稳定状况的变化做了弹性、弹塑性分析。并对围岩发生脆性破裂的可能性做了典型分析对比。 本文的主要结论如下： 1.在准三维计算中，仅考虑断层单一结构面的影响下，断层附近的主应力差分布在断层附近从最大值迅速趋于稳定状态。而在断层中间部位的主应力差分布在断层附近也有较大的降低，但是在距原来断层一定水平距离的位置将再次发生应力的突变现象。最终使得整个断层附近的应力发生“绕流”现象，形成了菱形的应力集中区这一特殊的分布形式。这是一个新的发现。 2.由于初始地应力的分布特征的不同，在特定条件下导致某种特定断层角度的计算结果的剪应力值较之其他断层角度工况为最小(如S1=75°时)。 3.隧洞围岩在断层影响的全三维稳定性分析中，隧洞顶拱和边墙等处主应力差的分布状态在特定的部位也因菱形应力集中带的影响而出现了主应力差突然增加的现象。从而增加出现岩爆或其他岩体失稳的危险。但是由于初始地应力和断层角度的变化，菱形异常区出现的形态将发生变化。 4.采用脆性劈裂判据对断层附近的洞室围岩进行劈裂破坏的分析结果表明，劈裂分布区域与主应力差分布区的特征有相关性，也受到“绕流”现象的影响。 进一步验证了前一部分研究工作的可信性。弹塑性分析的结果说明断层对隧洞围岩塑性区的分布也有显著的影响。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1.1课题的背景及研究意义

1.2地下工程围岩稳定性分析研究现状

1.3断层周围应力异常研究现状

1.4软弱结构面对地下工程围岩稳定影响研究现状

1.5本文的主要研究内容

第二章围岩稳定的影响因素及断层基本理论

2.1围岩稳定性的影响因素

2.2断层的基本理论

2.3断层对围岩稳定性的影响研究

2.5本章小结

第三章数值模拟试验条件选取及设计

3.1数值模拟试验条件选取

3.1.1分析区域与边界条件的确定

3.1.2几何模型的建立

3.1.3初始地应力场的确定

3.1.4计算参数的选取

3.2数值模拟试验的正交设计

3.3计算软件介绍

3.4本章小结

第四章数值试验计算与结果分析

4.1准三维数值计算成果分析

4.1.1断层厚度对地应力场变化的影响研究

4.1.2断层变形模量对地应力场变化的影响研究

4.1.3地应力侧压系数λ对地应力场变化的影响研究

4.1.4断层倾角对地应力场变化的影响

4.2含隧洞的三维数值计算成果分析

4.2.1全开挖计算成果分析

4.2.2推进开挖计算成果分析

4.3本章小结

第五章结论与展望

5.1本文总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表文章目录