滚刀作用下北山花岗岩裂纹扩展模式研究

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1、中文图书分类号：U455.44密级：公开UDC：624学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：滚刀作用下北山花岗岩裂纹扩展模式研究论文作者：苗崇通学科：土木工程指导教师：龚秋明教授论文提交日期:2015年6月25日UDC：624学校代码：10005中文图书分类号：U455.44学号：S201204109密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：滚刀作用下北山花岗岩裂纹扩展模式研究英文题目：THEEXPERIMENTALSTUDYOFBEISHANGRANITECRACKPROPAGATIONMODEUNDERTBMDISCCUTT

2、ER论文作者：苗崇通学科：土木工程研究方向：岩土工程申请学位：工学硕士指导教师：龚秋明所在单位：建筑工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它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中作了明确的说明并表示了谢意。签名：苗崇通日期：2015.6关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的

3、规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：苗崇通导师签名：龚秋明日期：2015.6摘要摘要自上世纪50年代中期以来，岩石隧道掘进机以其施工环境友好、施工速度快、对围岩的扰动小以及长隧道施工的经济效益显著等优点，已广泛应用于各国地下工程的建设。对于高放废物处置库而言，围岩损伤特征是影响其长期稳定性及运行安全性的重要因素，围岩损伤的产生与演化和诸多因素相关，以TBM法为主的机械开挖方法具有围岩扰动小等优点，成为高放废物处置库和地下实验室大量高标

4、准井巷工程选用的主要开挖方法。因此，对TBM刀盘滚刀作用下的围岩破裂和损伤特性以及节理间距对破岩的影响进行研究，是研究处置库的损伤分布情况以及后续的核素运移模式的基础，具有重要意义。本文结合室内全尺寸滚刀线性切割破岩实验，采用荧光法研究了盘形滚刀作用下不同刀间距（70mm、80mm、90mm、100mm）对北山花岗岩裂纹扩展特征的影响规律。针对滚刀下岩样破碎特征，借助CorelDraw和ImageJ软件对裂纹荧光图进行分区及统计分析，并与岩样各区的波速损伤指标进行对比。另外，结合室内全尺寸滚刀线性切割破岩实验，研究了不同节理间距对TBM滚刀力及破坏模式的影响。研究发现，同一

5、刀间距作用下岩样各区的破碎程度存在较大的差异；不同刀间距作用下，岩样各区裂纹扩展的深度、长度及面积随着刀间距的增大呈现增大的趋势，且各区所占的比例随刀间距变化而不同。针对北山花岗岩，刀间距为70~100mm时，围岩损伤范围小于50mm。裂纹扩展模式对TBM破岩效率、破岩损伤以及岩片形状有显著影响。主要从三向力、裂纹的扩展模式和岩片等角度分析了节理间距对滚刀破岩的影响。结果表明：节理间距100mm的岩体切入所需要的推力小于完整岩石的推力，节理间距400mm的岩体破岩过程中推力有一个突变的过程。节理间距100mm岩体滚刀作用下存在两种破坏模式，节理间距400mm的岩体破岩过程则

6、包括了正常破岩和节理面影响破岩两个过程，并且节理对了竖向主裂纹向节理面扩展有加剧的作用。节理面下方岩石较完整，节理面阻碍了裂纹朝节理面下方岩石传播。关键词：隧道掘进机；滚刀破岩实验；裂纹扩展模式；荧光法；节理间距；破岩效率IABSTRACTABSTRACTTunnelboringmachinehasbeenwidelyusedinundergroundconstructionsintheworldsincethemid-1950s,whicehasadvantagesoffriendlyconstructionenvironment,highspeedofconstruct

7、ion,littledisturbanceofthesurroundingrockandsignificanteconomicbenefitsoflongtunnel.Forhigh-levelradioactivewasterepository,therockdamagecharacteristicsisanimportantfactorinitslong-termstabilityandoperationalsafetyimpact,resultingintheevolutionofrockdamageandm