礼让隧道石膏质围岩软化机理及模型研究

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1、礼让隧道石膏质围岩软化机理及模型研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：邓高岭指导教师：任松教授专业：采矿工程学科门类：工学重庆大学资源及环境科学学院二O一五年十月ResearchonsofteningmechanismandmodelofgypsumsurroundingrockinLiRangtunnelAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByDengGaolingSupervisedbyProf.RenSon

2、gSpecialty:MiningEngineeringCollegeofResourcesandEnvironmentScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober2015中文摘要摘要重庆梁忠高速礼让隧道穿越300m长的石膏层，石膏岩遇水易软化，对隧道施工安全构成严重的威胁，针对这一工程病害特点，本文对石膏岩进行了一系列的软化试验研究，为解决工程实际问题建立了相应的理论模型及工程应用模型。本文主要开展了以下几个方面的研究工作：①对国内外石膏岩及相类似软岩的研究现状进行分析和总结，拟定本文的主要研究内容和技术路线；对礼让隧道工程地质特征进

3、行分析，着重分析了与石膏岩软化密切相关的水文地质条件。②对礼让隧道石膏质围岩的力学性质进行了试验研究，开展了单轴、三轴试验及剪切试验，获得了石膏岩的单轴抗压强度、弹性模量、抗剪强度、泊松比等基本力学参数，其弹性模量和单轴抗压强度均较低，属于软岩的范畴，岩石破坏形式呈脆性破坏。③针对石膏岩开展了一系列的软化试验及细观试验，揭示了石膏岩各项力学参数随浸泡时间的演化规律，并拟合出了相应的软化方程。石膏岩的单轴抗压强度、抗剪强度、弹性模量均随浸泡时间呈负指数趋势下降，而石膏岩泊松比在一定条件下随浸泡时间的增加而增加；在损伤力学基础上，推导出了基于时间因素的石膏岩软化损伤演化方程，揭示了脆性系数与软化损

4、伤变量之间的内在关联，建立了石膏岩在不同淡水浸泡时间下的软化深度模型。基于压汞试验数据分析，发现石膏岩的孔隙率随浸泡时间的增加而增大，相应宏观表现为石膏岩单轴压缩过程中孔隙压密阶段延长、变形量增加；随着浸泡时间的增长，石膏岩性质发生改变，逐渐由脆性向延性转变。2-④通过分析正交软化试验结果，揭示了浸泡时间、温度和SO4浓度等因素对石膏岩软化的影响规律，运用层次分析法计算出了各个因素的影响权重，结果表明：浸泡时间和温度在石膏岩软化过程中起决定性的作用，浸泡时间和温度的影响权值2-之和大于97%，其中浸泡时间的影响权值最大，超过80%，温度次之，而SO4浓度对石膏岩的软化影响几乎为零，可以忽略不计

5、。⑤在考虑石膏岩软化特性、获得弹性模量和泊松比随浸泡时间的变化规律的前提下，基于圆形轴对称隧道平面应变弹性解，建立了考虑软化效应的隧道围岩自稳时间评价模型。对模型进行了参数分析，在相同跨度下，自稳时间随隧道埋深的增加而减小，随完整性系数的增大而增加，随着地下水系数的增大而减小，围岩弹性I重庆大学硕士学位论文模量越大自稳时间越长。分析结果表明，本文给出的考虑软化效应的隧道围岩自稳时间评价模型与实际情况相符，说明了该模型的科学性与合理性。并针对模型中关于地下水分布特征的简化问题进行了讨论，推导出考虑地下水分布特征的弹性模量及泊松比的取值公式。基于现场数据和软化试验结果，使用该模型对礼让隧道石膏段围

6、岩自稳时间进行了评价。关键词：石膏岩，软化试验，软化模型，围岩自稳时间评价模型II英文摘要ABSTRACTTheLiRangtunnelofLiangZhonghighwayinChongQinggetsthroughthelayerofgypsum,andthelengthoftunnelis300m.Thegypsumrockissoftenedeasilybywater,andposesaseriousthreattosecurityinthetunnelconstruction.Forthediseasecharacteristicsofthisproject,inthispaper,

7、aseriesofsofteningexperimentalstudyofgypsumrockhavebeencarriedout,andinordertosolvethepracticalengineeringproblems,thecorrespondingtheoreticalmodelandapplicationmodelhavebeenestablished.Inthisthesis,t