岩石隧道埋置深度对其稳定性影响的离散单元法模拟研究

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1、岩石隧道埋置深度对其稳定性影响的离散单元法模拟研究ADEM-basednumericalstudyofeffectofoverburdendepthofrocktunnelonitsstability学科专业：水利工程（专业）研究生：杜帅指导教师：朱建波教授企业导师：彭琦高级工程师天津大学建筑工程学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文

2、中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要隧道的埋置深度对其安全稳定性有重要的影响，随着山岭隧道的大规模建设，研究节理岩体中隧道埋置深度对其安全稳定性的影响具有重要的意义。本文采用离散单元软件UDEC进行

3、数值模拟研究，具体研究内容和成果如下：（1）模拟研究在自重应力场作用下隧道的埋置深度对其围岩稳定性的影响。埋置深度以10m为梯度，从10m递增到50m，监测对比围岩中的径向应力、切向应力的时程变化。计算结果显示：隧道埋置深度对围岩压力拱的形成起决定作用；在埋置深度较小时，隧道围岩减小的径向应力并没有转化为切向应力，岩体内不形成压力拱；当隧道埋置深度较大时，围岩减小的径向应力转变为切向应力，岩体内形成压力拱；隧道埋置深度越大，越有利于形成压力拱以维持隧道稳定。（2）模拟研究拉伸应力波在节理岩体中的传播规律。计算结果表明：拉伸应力波作用时，只有靠近波源的第一条节理出现较大的位移；应力波集中作

4、用于靠近波源的第一层岩层中；拉伸应力波在节理岩体中的透射能力很弱。（3）模拟研究受到拉伸应力波作用时不同埋深隧道的动力响应特征。以隧道壁峰值质点速度为主要考虑方面，分别研究节理的几何特性、力学特性和水平应力系数对不同埋深隧道动力响应的影响。结果表明：水平应力系数对隧道动力响应的影响较小；当为直接拉伸应力波时，随着隧道埋深的增加，隧道洞顶的峰值质点速度减小，隧道越有利于稳定，隧道洞顶的峰值质点速度随着节理抗拉强度增大呈增加趋势；当为反射拉伸应力波时，隧道洞底的峰值质点速度随节理刚度的增加而增大，节理的拉伸强度对隧道洞底峰值质点速度的影响忽略不计。关键词：节理岩体，隧道埋置深度，UDEC，压

5、力拱，动力响应，拉伸应力波ABSTRACTTheoverburdendepthoftunnelhasanimportantinfluenceonitssafetyandstability.Alongwiththeincreasingconstructionofthemountaintunnels,itisofgreatsignificancetostudytheeffectoftheoverburdendepthofthetunnelonitssafetyandstabilityinjointedrockmass.Inthisstudy,aDEM-basedcodeUDECwasadop

6、tedfornumericalsimulation.Somekeyconclusionsareobtainedandsummarizedasfollows:(1)Theeffectoftheoverburdendepthofthetunnelonitsstabilitywasnumericallystudied.Fivedifferentcases,withtheoverburdendepthrangingfrom10mto50mwithanintervalof10m,weremodeled.Thetangentialstressesandtheradialstressesoftheme

7、asurepointsforthefivecasesareanalyzed.Thesimulationresultsshowthattheoverburdendepthplaysakeyroleontheformationofthepressurearch.Whentheoverburdendepthissmall,thediminishedradialstresswouldnotconvertintotangentialstres