學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程
授予學(xué)位：博士
學(xué)位授予單位：xx大學(xué)土木工程學(xué)院
學(xué)位年度： 2007年
高地應(yīng)力、大變形、特軟巖隧道的擠壓變形(Squeezing)是與時(shí)間密切相關(guān)聯(lián)的，運(yùn)用巖土流變力學(xué)的觀點(diǎn)和方法，能以更充分闡明這類擠壓性圍巖與支護(hù)相互作用機(jī)理的實(shí)質(zhì)，使力學(xué)計(jì)算分析參與隧道信息化設(shè)計(jì)旌工。論文以烏鞘嶺隧道嶺脊段圍巖擠壓性大變形為工程背景和主要研究對(duì)象，采用理論解析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)等手段，對(duì)擠壓性圍巖隧道穩(wěn)定性及其大變形動(dòng)態(tài)控制開展了相應(yīng)的研究。
論文結(jié)合國(guó)內(nèi)外擠壓性圍巖隧道工程實(shí)例，總結(jié)并分析了擠壓大變形所表現(xiàn)出的力學(xué)特性，從流變學(xué)的角度對(duì)擠壓變形定義進(jìn)行了闡釋，將擠壓變形歸屬為變形速率較快而收斂速率較慢的流變變形范疇，進(jìn)而系統(tǒng)地分析了擠壓大變形發(fā)生的力學(xué)機(jī)理。提出采用初步設(shè)計(jì)階段的擠壓潛力(Squeezing Potential)預(yù)測(cè)與施工階段的大變形等級(jí)評(píng)定的雙重控制措施來(lái)克服擠壓大變性。
在擠壓性地層中開挖隧道，是一個(gè)在時(shí)間和空間上動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，論文闡述了擠壓性圍巖隧道開挖過(guò)程中的時(shí)空耦合非線性作用。考慮擠壓隧道掘進(jìn)過(guò)程中開挖面空間效應(yīng)，計(jì)入軟巖流變時(shí)效特性，推演了圍巖與支護(hù)相互作用隨時(shí)間變化規(guī)律的解析解，拓展了已有的理論解析推導(dǎo)，有助于對(duì)擠壓性圍巖與支護(hù)相互作用規(guī)律的認(rèn)識(shí)。
合理確定擠壓性巖體力學(xué)性態(tài)的諸有關(guān)參數(shù)，是正確認(rèn)識(shí)巖體力學(xué)屬性并確保數(shù)值計(jì)算結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。本文把隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)變形時(shí)間序列作為據(jù)以選擇數(shù)學(xué)模型，并闡明其物理概念的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)位移反分析理論，獲得對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定分析結(jié)果影響的流變參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行流變本構(gòu)模型辨識(shí)，為隧道工程穩(wěn)定性分析提供合理的本構(gòu)模型和切合實(shí)際的計(jì)算參數(shù)。
擠壓隧道大變形現(xiàn)象可由四維時(shí)空幾何學(xué)來(lái)描述。本文通過(guò)構(gòu)建三維粘彈塑性大變形數(shù)值模型，進(jìn)行隧道施工時(shí)變力學(xué)數(shù)值模擬，分析開挖過(guò)程中圍巖應(yīng)力、變形隨時(shí)問(wèn)、空間、工序逐漸發(fā)展演化的非線性時(shí)空歷程，進(jìn)一步豐富和完善了隧道工程施工時(shí)變力學(xué)理論。
擠壓性圍巖隧道支護(hù)的設(shè)計(jì)、施工，實(shí)質(zhì)是圍巖穩(wěn)定性控制的及時(shí)性與有效性的問(wèn)題。本文將巖石流變學(xué)理論用于合理選擇內(nèi)襯構(gòu)筑時(shí)機(jī)、優(yōu)化隧道施工與支護(hù)設(shè)計(jì)中，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)研究，對(duì)擠壓性圍巖隧道設(shè)計(jì)、施工的動(dòng)態(tài)反饋與控制進(jìn)行了相應(yīng)的研究，初步建立了一種適用于軟巖擠壓性變形地壓的控制原理和方法。