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TBM的地质适应性不佳,在断层破碎带、富水裂隙带与软硬不均岩层等不良地质中容易出现TBM卡机灾害,而在深长隧道TBM施工中软硬复合岩层屡见不鲜,因此有必要研究TBM在深埋复合岩层中掘进时卡机灾害致灾机理及防治措施。本文采用室内试验、理论研究及数值模拟分析相结合的方法,探究复合岩层常规三轴压缩及流变力学特性,提出能合理描述复合岩层力学行为的力学模型,据此分析深长隧道围岩变形的时空演化规律,结合ABH工程探究深埋软硬复合岩层条件下TBM掘进卡机灾害控制措施。主要研究内容及成果如下:(1)采用水泥、石英砂和水等材料配制了软、硬两种类岩石材料,制作了不同层间倾角软硬层状复合类岩石标准圆柱形试样,进行了复合岩层类岩石试样三轴压缩流变试验,基于室内试验结果,分析了层间倾角对复合岩层流变破坏强度、破坏模式、流变变形及长期强度的影响规律。(2)在经典Mohr-Coulomb模型及Burgers流变模型的基础上,通过引入累计损伤演化率,建立了岩石损伤软化本构模型以及岩石损伤流变本构模型,用以分别描述岩石在加载过程中的瞬时变形及流变变形特性。将本构模型进行二次开发并用于数值计算,基于室内试验结果对模型的准确性及有效性进行了验证,对比结果表明模型可以较好反映岩石受力变形及损伤劣化特征。(3)以ABH项目中TBM掘进隧道为工程背景,进行了深埋复合岩层中圆形隧洞开挖后隧洞围岩变形及破坏特征物理模型试验,研究了隧洞洞周收敛位移及破坏特征,分析了边界荷载恒定条件下洞周围岩内部主应力及主应变演化规律,试验结果表明隧洞洞周围岩损伤破坏规律同时受洞周围岩应力特征及围岩岩性特征所控制。(4)进行了深埋复合岩层圆形隧洞开挖过程中围岩变形及破坏特征数值模拟研究,探究了层间倾角、层间距、支护力以及开挖暴露时间对隧洞洞周围岩变形及破坏特征影响规律。(5)总结分析了TBM掘进卡机灾害工程实例,探究了TBM掘进施工隧洞卡机灾害防治措施及TBM卡机脱困方法,以ABH输水隧洞TBM施工工程为依托工程,采用本文建立的岩石损伤流变本构模型,进行了TBM掘进机在穿越断层破碎带时TBM机身与围岩相互作用数值计算,探究了超挖间隙与停机时间对TBM机身摩阻力的影响规律,研究结果将有助于TBM在该区域中安全快速高效的掘进。