深埋软岩隧道流变特征研究桥梁与隧道工程专业论文.docxVIP

西南交通大学 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1．必威体育官网网址口，在 年解密后适用本授权书； 2．不保鲥使用本授权书。 (请在以上方框内打“寸’) 学位论文作者签名：诌．而 指导老师签名：芬步专报 日期：沙7午)≯引 日期：沙仰·I≯·j／ 万方数据 西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 西南交通大学博士学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： (1)利用分数阶微分理论，提出了统一采用基于分数阶微积分形式表达的四元件 非线性粘弹塑性流变模型，并给出了该模型的本构方程和蠕变方程，其中可通过调整 分数阶次历和历来有效控制蠕变第1、II阶段和第1II阶段的蠕变变形速率； (2)提出了蠕变三个阶段过程中参数分别随时间或随应变衰减的方程，根据该衰 减方程建立了改进的三参量H．K流变模型，并结合试验数据对模型进行了辨识，结果 表明两种参数衰减的形式均能较好的反映岩石蠕变的三个阶段； (3)推导了基于分数阶Maxwell模型的隧道粘弹性位移解析方程，并与Burgers 模型的解析解进行了对比。结果显示，尽管两种模型无法达到完全相同的效果，但计 算结果可反映出类似的趋势； (4)根据岩石蠕变三阶段的特点，提出了蠕变参数随等效应变而衰减的改进三参 量H．K(广义Kelvin)模型，并用来反映软岩在不同应力水平下的弹性变形及蠕变变 形，同时给出了该模型应用于有限差分程序FLAC3D中的方法，并探讨了深埋软岩隧道 流变变形特征； (5)将有限差分程序FLAC3D、均匀设计、BP神经网络及粒子群算法相结合，建 立了工程岩体流变参数的综合反演方法。 学位论文作者签名：份二．er．j 日期：纱‘甲．f叫 万方数据 西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第1页 摘要 岩体变形是一个与时间相关的过程，尤其是软岩，其变形通常具有一定的时效性。 弹塑性理论无法描述和预测这一过程，而流变力学理论较好的克服了这个缺点。合理 描述岩体与时间相关的力学特征和行为对于实际工程有着重要的意义。本论文以锦屏 二级水电站引水隧洞西端绿泥石片岩段为工程依托，基于相关试验和现场实测变形， 采用理论分析和数值计算等方法，从岩石流变本构模型出发，研究了适合于描述软岩 隧道流变特性的本构模型，并将该模型应用于数值模拟中，同时还研究了流变参数反 演的方法。主要研究内容及成果包括以下几个方面： (1)对工程区绿泥石片岩进行了室内试验。采用扫描电镜．能谱分析对绿泥石片 岩的微结构特征及元素组成进行了分析；采用岩石力学刚性试验机对绿泥石片岩干燥 及饱和状态下的力学特征进行了研究，以期获得对绿泥石片岩在高地应力状态下变形 和破坏特征的认识； (2)根据Riemann-Liouville分数阶微积分理论，提出了统一采用基于分数阶微积 分形式表达的四元件非线性粘弹塑性流变模型，给出了该模型的本构方程及蠕变方程， 并将该模型与绿片岩蠕变试验及岩盐蠕变试验数据分别进行了拟合，结果表明该模型 可以有效反映岩石三个阶段的蠕变特性，并且起到了减少模型元件个数及参数的作用； (3)提出了蠕变三个阶段过程中非定常参数分别随时间和随应变衰减的方程，并 根据衰减方程建立了改进三参量H．K流变模型，并结合相关试验数据对模型进行了辨 识，结果显示两种参数衰减的形式均能较好的反映岩石蠕变的三个阶段； (4)推导了基于分数阶Maxwell模型的隧道粘弹性位移解析方程，同时考虑了掌 子面及支护作用的影响，通过与Burgers模型的解析解对比，显示两种模型在某个时间 段可以达到相一致的结果； (5)基于岩石蠕变三阶段的特点，提出了蠕变参数随等效应变而衰减的改进三参 量H．K(广义Kelvin)三维本构模型，并用来反映软弱围岩在不同应力水平下的弹性 变形及蠕变变形，同时给出了该模型应用于有限差分程序FLAC3D中的方法，即采用 FLAC3D内嵌的FISH语言，在计算过程中动态评估和修正蠕变参数； (6)基于改进三参量H．K本构模型，采用有限差分程序FLAC3D探讨了软岩隧道 在不同