膨胀岩隧道围岩压力简化计算方法

摘要：

围岩压力分析是膨胀岩隧道稳定的前提,而岩石的膨胀性与流变性又是影响围岩压力的主要因素,因此,可通过膨胀岩的黏土矿物分析围岩压力.而膨胀岩中蒙脱石类矿物是影响膨胀性和流变性的决定性因素.首先以膨胀岩中的蒙脱石为研究对象,根据晶格膨胀理论和粒间膨胀理论,得出考虑含水率和蒙脱石含量的膨胀率表达式.同时,根据蒙脱石矿物结构和流变理论,得出膨胀岩的流变本构方程,为分析膨胀岩隧道围岩压力的分布特点提供理论基础;以膨胀率表达式和流变本构方程为理论基础,根据弹性理论和协同变形理论,推导出膨胀作用下隧道围岩压力的弹性解析解,进一步,根据对应性原理和拉氏逆变换,得到膨胀岩隧道围岩压力的黏弹性解析解;为了验证给出计算方法的可靠性,基于上述膨胀率表达式和流变本构方程,建立膨胀岩控制方程,采用有限元法,并使用MATLAB语言编写计算程序进行求解.结合算例对比分析得出:膨胀岩隧道围岩压力的理论解与数值解相差较小,证明膨胀岩隧道围岩压力理论计算的合理性;计算结果显示在一定吸水范围内,围岩压力随着蒙脱石含量、膨胀岩含水率的增大而增大.

关键词：膨胀岩隧道、膨胀率、蒙脱石、围岩压力、MATLAB语言、流变本构方程、Laplace变换

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分类号：TU448(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;中央引导地方科技发展资金项目;陇原青年创新创业人才团队项目;兰州市十大科技创新项目;甘肃省知识产权局高价值专利培育和转化项目;甘肃省基础研究创新群体项目

在线出版日期：2022-06-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共24页

页码：712-735