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围岩裂隙注浆加固体力学特性及破坏机理研究

【摘要】:随着我国交通基础设施建设的发展,尤其是“一带一路”和“川藏铁路”等国家重点工程的建设,大量隧道及地下工程将会穿越断层破碎带或裂隙岩体等不良地质区域。不良地质区段受地震波或施工速率影响下的大变形和变形速度快的问题将成为影响和制约工程建设的关键问题之一。现场解决这一问题的主要技术措施是对不良地质区段进行注浆加固。然而,裂隙岩体加固体在地震波或不同施工速率影响下的力学性能如何,如何系统评价裂隙岩体的注浆加固效果,现阶段尚属未知。为确保隧道及地下工程的施工安全和运营安全,这些方面已成为目前工程界普遍关心的问题。论文以围岩裂隙岩体为研究对象,采用室内试验、数值分析、理论分析三方面相结合的方法,进行裂隙岩体注浆加固体静力和应变速率效应下力学性能研究,主要成果如下:(1)研发制备可调裂隙倾角、宽度的裂隙岩体注浆加固试验系统,测定注浆加固体力学性能;并建立裂隙倾角、宽度、注浆材料与其力学性能之间的关系;且获得了围岩裂隙岩体在受压、受拉荷载作用下最优注浆材料。(2)借助高速摄像技术,分析注浆加固体裂纹萌生、扩展规律及其破坏形态特征。并运用分形理论,建立注浆加固体分形维数与力学性能之间的关系。(3)基于加固体破坏形态特征,建立类压杆失稳破坏模型和剪切破坏力学模型。根据注浆加固体分形特征与单裂纹能量耗散原理,建立微裂纹断裂损伤模型。(4)分析了注浆加固体微裂纹分布特征,以及属于类压杆失稳破坏模型和剪切破坏力学模型试样的应力应变场演化规律和能量耗散分配规律,进而阐释注浆加固体受荷载作用下的破坏机理。(5)测定不同应变速率下注浆加固体的力学性能,并从应力应变场、能量分配规律、微裂纹分布特征的角度,阐述了注浆加固体应变速率效应下力学性能及其破坏特征。(6)基于模糊层次分析法,建立考虑裂隙岩体倾角的注浆后围岩等级评价体系,并通过工程和数值仿真计算,验证了裂隙倾角与抗压强度的关系和注浆后围岩等级评价体系的工程意义。

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