隧道泥质围岩软化机理及支护受力特征研究

发布时间：2020-04-09 14:35

【摘要】：泥岩受水环境影响,力学性质发生软化的问题,一直以来是水—岩相互作用领域的重要研究课题之一。为了解泥岩的软化机理,本文对泥岩进行了一系列试验研究。(1)通过对泥岩的理化性质分析可知泥岩是由高岭石、绿泥石等粘土矿物以及石英等化学成分组成,密度为2.59g/cm~3,天然含水率为0.52%。(2)对四面山隧道泥岩的力学性质进行了试验研究,开展了单轴、三轴试验及劈裂试验,得到泥岩的单轴抗压强度为为61.22MPa,弹性模量为5.22Gpa,平均抗拉强度为2.30MPa。(3)通过淡水浸泡试验研究,揭示了泥岩各项力学参数随浸泡时间的演化规律。泥岩的单轴抗压强度、弹性模量均随浸泡时间呈负指数趋势下降;基于核磁共振试验数据分析,发现泥岩内部微孔的孔径随浸泡时间的增加而增大;根据CT无损检测结果可以明显的看出泥岩内部裂隙随着浸泡时间的增加不断增多。(4)在软化试验过程中改变水温、水压,发现水温、水压对泥岩的软化影响比较大,随着温度或者水压的不断升高其抗压强度及弹性模量不断下降。(5)在以上软化试验的基础上对泥岩软化机理进行分析发现,泥岩存在一些微小的初始隐形裂隙,浸泡开始阶段水分子首先通过裂隙进入泥岩内部,破坏首先出现在有较大初始裂隙的区域,并导致初始裂隙的联通和扩展从而产生新的裂隙。水分子还在不断地侵入一些更细小的裂隙面,孕育着新的裂隙。在裂隙产生后水分子继续侵入、扩展,从而使得原来相互孤立的裂隙逐渐贯通形成较大裂隙。泥岩裂隙的渐进发展是岩样分裂成碎块结构的原因,从而使得泥岩的完整性得到破坏。(6)在考虑泥岩软化特性、获得弹性模量随浸泡时间的变化规律的前提下。通过四面山隧道泥岩段围岩变形及支护受力常规模拟研究以及考虑软化效应的围岩变形及支护受力的数值模拟,发现泥岩遇水软化后对隧道的危害较大,因此根据四面山隧道的具体情况,提出了相应的防排水措施。
【图文】：

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2 泥岩理化性质分析及常规力学实验面山隧道泥质围岩的物理化学性质以及基本力学性质是我们进行后和基础。因此为了得到四面山泥质围岩的物理化学性质以及常规力 X 射线衍射试验、单轴压缩试验、巴西劈裂试验、三轴压缩试验，吸水率及天然密度。岩理化性质分析化学成分分析石是由多种矿物成分组成的，，其力学性质取决于岩石所含矿物种类及各组成成分含量。因此认清岩石的矿物组成成分对深入分析岩石水岩作用的影响是非常重要的。本文针对江西高速四面山隧道施工泥岩，在重庆大学综合测试中心，利用日本理学 D/MAX-1200 转靶，如图 2.1 所示，对泥岩的矿物组分进行了测定。

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品进行定性分析。③试验结果利用Jade软件对泥岩粉末样品X射线衍射结果分析得到的图谱如图2.2所示，由图谱可知泥岩由泥岩的主要成份为高岭石、绿泥石等粘土矿物以及石英。图 2.2 泥岩 X 射线衍射图Fig. 2.2 The X-ray diffraction diagram of Mudstone2.1.2 泥岩天然含水率泥岩是一种亲水性较强的岩石。水是影响其遇水软化的重要因素，测定其含水率对于研究泥岩的力学特性和工程特性是非常重要的。岩石的天然含水率，是指岩石在天然状态下所含水分的质量与岩石烘干后的质量之比，用百分率来表示。①实验仪器：电子称（量程为 1000g,精确度 0.01g），恒温烘干箱，干燥器。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455

【参考文献】