深部复合地层tbm隧道变形时空演化规律研究

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1、硕士学位论文深部复合地层TBM隧道变形时空演化规律研究StudyonSpace-timeEvolutionLawsofSurroundingRockmassDeformationinDeepMixedStrataTunnelExcavatedbyTBM国家重点基础研究发展计划（973）项目（2014CB046905）资助国家自然科学基金资助项目（51174197）资助作者：高文艺导师：李元海教授中国矿业大学二○一五年六月中图分类号TU463学校代码10290UDC624密级公开中国矿业大学硕士学位论文深部复合地层TBM隧道

2、变形时空演化规律研究StudyonSpace-timeEvolutionLawsofSurroundingRockmassDeformationinDeepMixedStrataTunnelExcavatedbyTBM国家自然科学基金资助项目（51174197）资助国家重点基础研究发展计划（973）项目（2014CB046905）资助作者高文艺导师李元海教授申请学位工学硕士培养单位力学与建筑工程学院学科专业桥梁与隧道工程研究方向隧道及地下工程答辩委员会主席邵鹏评阅人叶冠林、蔚立元二○一五年六月论文审阅认定书研究生高文艺在规

3、定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢岁月如歌，光阴似箭，回首近这三年的研究生历程，我要对那些引导我、帮助我、激励我的人表示真诚的感谢：首先要感谢的是李元海教授，可以说，没有李元海教授无微不至的关心、不辞劳苦的指导以及无时无刻的鞭策与鼓励，本文是无法完成的。从大学毕业至今，师从李元海教授近三载，受益匪浅，尤其是恩师身上

4、那种追求真理的执着信念、严谨认真的治学态度、崇高质朴的道德风范、宽厚仁和的待人方式、雷厉风行的工作作风，将使我终身在工作和生活中受益无穷。因此，值此论文完成之际，向恩师表示我最诚挚的敬意和感谢！同时，对三年来朝夕相处所有同学在学习与生活中给予的无私帮助表示感谢，尤其感谢师兄林志斌、秦先林、张振、张顺金、桂常林，师姐刘萍，同门杨帆、任超，师弟孔骏、张厚岱、贾冉旭，师妹杨苏等在论文研究中给予的极大帮助。感谢本科土建08-7班这个友爱的集体，一直带给我前行的力量。感谢我的君子之交周敏、璩亚旭，在困境中的陪伴，在生活上的照顾，给我

5、力量让我坚强。最后，感谢父母的养育之恩，感谢奶奶在生活上给予的帮助和关心，是他们一直默默的支持才使我安心的顺利完成自己的求学生涯！感谢我的朋友们一直以来在我求学道路中给予的支持。衷心感谢各位专家、教授在百忙之中对论文的审阅与指教！摘要针对深部复合地层TBM隧道变形时空演化规律问题，本文采用数字照相量测技术和人工制斑方法，研究了隧道变形的时空演化规律；采用FLAC3D数值模拟软件，建立深部复合地层下TBM隧道的三维数值模型，分析了支护形式、埋深、掘进速度、超挖间隙、超前支护强度、支护时机、复合地层对隧道围岩稳定性的影响。主要

6、研究成果如下：（1）通过数字照相量测技术，获得了隧道横断面围岩的变形破裂随荷载变化的时空演化规律：1）随着荷载的增大，隧道两侧拱腰出现了两条斜向上的弧形剪切滑移带，顶板上部岩体沿着剪切带发生整体性滑动，导致隧道失稳破坏。2）隧道左右边墙和顶板处岩体的径向位移与模型荷载大小呈单指数衰减关系。（2）采用透明岩体实验新技术，获得了隧道纵断面围岩的变形破裂规律：1）随着荷载的增大，掌子面前方25mm范围内和隧道顶部的岩体整体向下滑动，掌子面前方25mm范围外的岩体，沿着与隧道掘进方向成55°的弧形线向斜下方滑动；2）掌子面处中心线

7、上部岩体沿着与中心线呈30°的弧形向隧道内滑动；3）掌子面前方岩体的水平位移与模型荷载呈双指数衰减关系；4）在掌子面前方以及模型边界处出现弧形剪切带。（3）采用普通相似材料实验方法，对上软下硬倾斜复合地层进行数字照相量测实验分析。结果表明，隧道围岩出现分区破坏，在围岩中出现两条剪切带，一条垂直于软硬地层交界线的剪切带，另一条与软弱地层交界线上方重合，造成顶部岩体的整体剪切破坏。（4）采用FLAC3D有限差分软件，获得了深部复合地层TBM隧道变形的时空演化规律：1）TBM隧道围岩塑性区呈‘X’型，以剪切破坏为主；2）围岩位移

8、随埋深呈线性增长关系；计算步数越多，开挖引起的不平衡力释放比例增加不大，对围岩稳定性的影响较小；超挖间隙越大、滞后支护的时间越长，隧道围岩变形越大；3）TBM隧道掘进使开挖面产生空间效应，在开挖面前方3倍洞泾范围处地层已发生变形，掌子面处位移已达到总位移的55%。该论文有图142幅，表11个，参考文献1