单一裂隙注浆扩散与加固机理研究
本文关键词:单一裂隙注浆扩散与加固机理研究 出处:《山东大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:工程岩体的稳定性受结构面性质的影响十分显著,结构面发育程度、展布情况、裂隙组的组合特征以及工程性质对岩体的力学性能起到决定性的作用。由结构面诱发的渗漏水问题严重影响了地下工程建设施工与运营安全,使国民经济蒙受巨大的人员财产损失。因此裂隙岩体注浆扩散与加固机理研究成为我国地下工程建设中亟待解决的关键科学问题。本文通过理论分析与数值模拟方法,对单一裂隙注浆扩散与加固机理展开研究,取得了一系列研究成果。(1)通过分数布朗函数建立了结构面几何模型,基于N-S方程对裂隙注浆扩散开展有限元分析。考察了节理面粗糙度、连通性对浆液扩散的影响,并对修正立方定律的合理性进行了研究。基于界面层理论,对裂隙注浆过程中的浆-岩耦合效应进行了分析。基于修正的立方定律、界面层本构方程以及浆液流动方程,建立了考虑粗糙度影响以及浆岩耦合效应的注浆扩散公式。(2)借助于神经网络算法,建立了结构面轮廓线粗糙度系数的计算模型。采取PSO和BP混合算法,优化了算法的全局和局部搜索能力,提高了算法的准确性。通过对三维结构面进行离散,依据接触区域与分离区域的空间分布,将所建立的二维计算模型扩展到三维情况。(3)针对单一岩石界面的注浆加固强度问题,分析了结构面剪切破坏机制以及粘结力与摩擦力的耦合效应。对结构面粗糙度各向异性及其表征方法进行分析。提出了摩擦力主控区域与粘结力主控区域划分思想。建立单一界面注浆加固体的抗剪强度计算公式,为岩体注浆加固效果提供评判依据。(4)基于离散元颗粒流程序PFC,采用SJ模型对结构面力学性质以及粘结作用进行表征,建立了结构面抗剪强度数值模型。对具有单一锯齿状结构面以及典型JRC曲线的抗剪强度进行数值分析。分别对结构面无粘接强度以及有粘结强度时的剪切特性及破坏模式进行计算分析,并从微观角度对结构面裂纹扩展过程以及结构面粘结力与摩擦力的耦合效应进行分析,从而揭示粘结力对结构面剪切特性的影响规律以及注浆加固机理。
[Abstract]:The stability of engineering rock mass is greatly affected by the properties of structural plane, the degree of development of structural plane and the distribution of structural plane. The combination characteristics and engineering properties of fracture group play a decisive role in the mechanical properties of rock mass. The leakage problem induced by structural plane seriously affects the construction and operation safety of underground engineering. Therefore, the study on the mechanism of grouting diffusion and reinforcement of fractured rock mass has become a key scientific problem to be solved urgently in the construction of underground engineering in China. This paper is based on theoretical analysis and numerical simulation. Method. The diffusion and reinforcement mechanism of single fissure grouting is studied, and a series of research results are obtained. (1) the geometric model of structural plane is established by fractional Brownian function. Based on the N-S equation, the finite element analysis of crack grouting diffusion is carried out. The effects of joint roughness and connectivity on the slurry diffusion are investigated, and the rationality of the modified cubic law is studied, based on the interfacial layer theory. Based on the modified cubic law, the constitutive equation of interfacial layer and the slurry flow equation are analyzed. The grouting diffusion formula considering the effect of roughness and the coupling effect of grouting and rock is established. The neural network algorithm is used. The calculation model of the roughness coefficient of the contour line of the structure surface is established, and the global and local search ability of the algorithm is optimized by using the mixed algorithm of PSO and BP. The accuracy of the algorithm is improved. By discretization of 3D structural plane, the spatial distribution of contact region and separation region is obtained. The two-dimensional calculation model is extended to 3D case. 3) aiming at the strengthening strength of single rock interface by grouting. The shear failure mechanism of structural plane and the coupling effect between bonding force and friction force are analyzed. The anisotropy of structural surface roughness and its characterization method are analyzed. A formula for calculating the shear strength of a single interface grouting plus solid is established. Based on the discrete element particle flow program PFC, the mechanical properties of the structural plane and the bond action are characterized by SJ model. A numerical model of shear strength of structural plane is established. The shear strength of single sawtooth structure plane and typical JRC curve is analyzed numerically. The property and failure mode were calculated and analyzed. The crack propagation process of structural plane and the coupling effect of bonding force and friction force on structural plane are analyzed from the microscopic point of view, so as to reveal the influence of bonding force on shear characteristics of structural plane and the mechanism of grouting reinforcement.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU45
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,本文编号:1361563
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