孔隙含水岩石中地下结构的水力荷载

《孔隙含水岩石中地下结构的水力荷载》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文孔隙含水岩石中地下结构的水力荷载HydraulicLoadofUndergroundStructureinPoreWaterBearingRock国家高技术研究发展计划(863)资助课题(2012AA06A401)国家自然科学基金资助项目(41472224)作者：柏东良导师：杨维好教授黄家会教授中国矿业大学二〇一五年四月中图分类号TD211学校代码10290UDC622密级公开中国矿业大学博士学位论文孔隙含水岩石中地下结构的水力荷载HydraulicLoadofUndergroundStructureinPoreWater

2、BearingRock国家高技术研究发展计划(863)资助课题(2012AA06A401)国家自然科学基金资助项目(41472224)作者柏东良导师杨维好黄家会申请学位工学博士培养单位深部岩土力学与地下工程国家重点实验室学科专业岩土工程研究方向地下结构答辩委员会主席评阅人二〇一五年四月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，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

3、签字：年月日致谢光阴似箭，转眼间六年的博士研究生生活即将结束。回首六年时光，思绪万千。感谢两位恩师杨维好教授和黄家会教授对我的谆谆教诲与悉心关怀，从论文选题、理论分析、数值建模、试验设计与实施以及开展现场实测的每一个环节无不凝聚着恩师的心血。恩师学识渊博、治学严谨，是当代先进科学工作者的典范，是学生一生的楷模。在六年的学习生活中得到了力学与建筑工程学院岩土工程研究所全体老师的关心与帮助，除两位导师外还有：宋雷老师、王衍森老师、李海鹏老师、陈先德老师、杨志江老师、任彦龙老师、韩涛老师、张涛老师、张驰老师、崔振东老师、岳丰田老师、石荣剑老

4、师、陆路老师、张勇老师，岩土工程研究所良好的学术氛围、严谨的科学态度始终影响着我，在此表示诚挚的谢意。感谢在模型试验中给予大力帮助的师弟们，没有他们不怕脏不怕累的付出就没有试验的顺利完成，他们是张文、张旭、周廷定、许磊、李松、孔祥平、王勇、汪汝峰、吴东亮、刘凤勇、张强强、金思维、牛世伟、黄兆东、王宝生、薛兵、朱信、鹿泉等多位博士、硕士生。感谢岩土工程研究所张超在模型试验中积极献言献策，感谢臧齐龙等六位学弟利用课余时间在模型试验中给予的帮助。感谢深部岩土力学与地下工程国家重点实验室的李玉寿老师在试验过程中给予的指导与建议。感谢我的妻子郑

5、莹莹女士长期以来的支持与理解。摘要随埋深的增大，高压孔隙水破坏岩石地下结构衬砌的问题日益凸显。为建立含水岩层中地下结构衬砌的设计理论，采用解析分析、数值模拟、物理模拟和现场实测相结合的方法，研究孔隙含水岩层中地下结构的水力荷载，成果如下。首先，研究了孔隙水压对岩石力学参数的影响。通过理论分析，发现了孔隙水压影响岩石的弹性模量、泊松比和侧压力系数的机制：孔隙水压的变化引起孔隙的扩张或收缩，影响孔隙的变形刚度，进而影响弹性模量、泊松比和侧压力系数；建立了理论分析模型，获得了弹性模量、泊松比和侧压力系数随孔隙水压等因素变化的解析解；建立了岩

6、石细观随机孔隙数值计算模型，通过大量数值计算掌握了孔隙率、孔隙水压力等因素对岩石等效弹性模量、等效泊松比和静止侧压力系数的影响规律。研究表明，等效弹性模量、等效泊松比和静止侧压力系数均随孔隙水压力增加而线性增大。其次，研究了孔隙水压引起的地下结构水力荷载。揭示了孔隙含水岩石中地下结构水力荷载的形成机理：类同于围岩热胀冷缩引起的结构荷载，孔隙水压变化致胀或致缩围岩孔隙，进而引起地下结构荷载变化；基于水压致胀机理，建立了孔隙含水围岩与地下结构相互作用力学模型，获得了水力荷载的解析解；建立了岩石与地下结构相互作用的细观随机孔隙数值计算空间轴

7、对称模型，通过大型数值计算掌握了水力荷载随各因素变化的规律；通过大型模拟试验和现场实测研究，获得了水力荷载随孔隙水压的变化规律。研究表明：地下结构的水力荷载与孔隙水压成正比；围岩孔隙率越大，水力荷载越大；衬砌相对于围岩的变形刚度（厚度与弹性模量）越大，水力荷载越大；围岩泊松比越大，水力荷载越大；衬砌泊松比对水力荷载影响不显著。研究发现：水力荷载值显著小于静水压力值，现行设计方法中的水力荷载取值偏大；衬砌可能会与围岩剥离开，剥离面会受到水压作用，从而增大衬砌外载。该发现对含水岩层中地下结构的设计有重要的理论与实用价值。最后，根据上述研究

8、成果，提出了孔隙含水岩层中地下工程封水衬砌的设计原理。水力荷载值显著小于孔隙水压力，是衬砌的关键外载之一；衬砌要有足够的强度抵抗水力荷载和围岩的变形压力等外载；衬砌要有合理的刚度，既保持衬砌与围岩接触面不剥离，又能合理地