含水裂隙岩体本构模型及数值模拟研究
本文关键词:含水裂隙岩体本构模型及数值模拟研究 出处:《华侨大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:近几十年来,国内外学者对于含水裂隙岩体做了大量的研究,具有一定的广度和深度。但总结下来其研究内容仅局限于理论公式的推导方面,在数值模拟方面,大部分的学者采用的是与程序自带的摩尔-库伦模型进行模拟分析对比,并无实质性的开发出与理论研究部分相符合的本构模型运用到实际工程当中。因此,基于以上研究背景本次论文参考了弹塑性力学、损伤力学、岩石力学、连续介质理论等学科知识和基础理论,以非贯穿闭合型含水裂隙岩体为研究对象,运用Microsoft Visual Studio 2010程序二次开发出了FLAC3D能够识别的新的本构模型,主要研究内容及创新成果包含以下几个方面:(1)综合考虑了含水裂隙岩体中由潜水当中的裂隙水产生的初始渗透压力P、裂隙岩体初始损伤、裂隙扩展、破坏、多种随机裂隙等影响因子,在摩尔-库伦本构模型的基础之上,通过修正模型中应力-应变关系柔度张量C,得到了修正后的含水裂隙岩体本构模型的应力-应变关系;(2)利用FLAC3D程序中的二次开发模块,并采用Microsoft Visual Studio2010程序编制出单种含水裂隙岩体的本构模型,通过建立一个25m*25m*1m的圆形隧道模型模拟验证了新本构模型的准确性和适用性;(3)通过MATLAB程序成功模拟实现了含水裂隙岩体模型中多种随机裂隙在模型中的分布情况,之后按照同样的二次开发方法综合分析了含水裂隙岩体中各种随机裂隙对于新开发模型理论的影响,得到了该套本构模型二次开发理论的适用范围。模拟分析结果表明,随着随机裂隙分布越多,模型的变形则越大,当随机裂隙的分布在一定的范围内,本套二次开发理论有效,但当随机裂隙分布超过一定范围时,则本套理论失效,模拟结果不准确,这也体现出本套理论的局限性;(4)在本套二次开发理论有效范围之内结合新开发出来的本构模型选取了某一盾构隧道开挖工程实例进行了模拟分析,得到了关于含水裂隙岩体盾构隧道工程位移场变化的一些结论,为隧道后期支护等设计提供一定的参考价值。
[Abstract]:In recent decades, scholars at home and abroad have done a lot of research on water-bearing fractured rock mass, which has a certain breadth and depth. However, the research content is limited to the derivation of theoretical formula and numerical simulation. Most of the scholars use the Moll-Coulomb model with the program to carry out simulation analysis, and there is no substantial development of the constitutive model which is consistent with the theoretical research to be applied to the actual engineering. Based on the above research background, this paper refers to elastoplastic mechanics, damage mechanics, rock mechanics, continuum theory and other disciplines and basic theories, taking non-penetrating and closed water-bearing fractured rock mass as the research object. A new constitutive model which can be recognized by FLAC3D is developed by using Microsoft Visual Studio 2010 program. The main research contents and innovative results include the following aspects: 1) the initial seepage pressure (P), initial damage of fractured rock mass and crack expansion in water-bearing fractured rock mass caused by fissure water in diving are considered synthetically. On the basis of the Moor-to-Coulomb constitutive model, the relationship between stress-strain and flexibility Zhang Liang C is modified by modifying the influence factors such as failure, random fractures, and so on. The stress-strain relationship of the modified constitutive model of water-bearing fractured rock mass is obtained. Make use of the secondary development module in FLAC3D program. The constitutive model of a single water-bearing fractured rock mass is developed by Microsoft Visual Studio2010 program. The accuracy and applicability of the new constitutive model are verified by the simulation of a circular tunnel model of 25m ~ 25m ~ (-1) m. 3) the distribution of various random fractures in the model of water-bearing fractured rock mass has been successfully simulated by MATLAB program. Then, according to the same secondary development method, the influence of various random fissures in water-bearing fractured rock mass on the new development model theory is analyzed synthetically. The application range of the secondary development theory of the constitutive model is obtained. The simulation results show that the deformation of the model increases with the distribution of random fractures, when the distribution of random fractures is within a certain range. The secondary development theory is effective, but when the random fracture distribution exceeds a certain range, the theory fails and the simulation result is inaccurate, which also reflects the limitation of the theory. 4) within the effective range of the secondary development theory, combined with the newly developed constitutive model, a shield tunnel excavation engineering example is selected for simulation and analysis. Some conclusions about displacement field change of shield tunnel in water-bearing fissured rock mass are obtained, which provide some reference value for the design of tunnel support in the later stage.
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU45
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,本文编号:1418763
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