基于破坏接近度的围岩稳定性分析及三维重构研究

发布时间：2020-08-05 16:13

【摘要】：近年来,随着我国地下空间开发利用的蓬勃发展,城市地铁隧道、公路铁路隧道、采矿工程隧道等项目日益增多。在这些项目建设的过程中,时常会出现因隧道开挖后围岩失稳而导致的塌方事故,因此如何对围岩进行稳定性评价、如何对围岩内部破坏形态的分布和发展规律进行直观地表达等问题具有重要的研究意义。本文在国家自然科学基金项目(No.51874112)“采动岩体破损力学行为演化与三维动态裂隙形态表征”资助下,基于Mohr-Coulomb准则推导出能对围岩稳定性进行定量评价的破坏接近度函数,并以FLAC3D与MATLAB软件为基础开发出针对岩石内部裂纹形态演化的三维重构功能,最后将以上两个成果在算例上进行展示。本文完成的主要研究成果和结论如下:(1)从岩石的破坏准则出发,推导出安全系数函数与破坏接近度函数两种评价围岩稳定性的公式,并通过数值模拟的比较分析,优选出破坏接近度函数。同时以破坏接近度参数FAI为标准,将围岩稳定性划分为四个分区,以定量地描述围岩的稳定性,为工程施工过程中确定开挖扰动区域与危险区域提供依据。(2)由于岩石的非均质性,而常规数值模拟中模型的力学参数大多为均质,为使数值模拟结果更加精确,以Weibull概率密度函数为基础,通过FISH语言编程对数值模型中各力学参数进行随机赋值,并通过对比分析表明采用该方法能较好地模拟岩石的非均质性。(3)通过FLAC3D及MATLAB等软件,实现对岩石内部裂纹损伤区三维形态演化规律的直观表现,并以单轴压缩数值模拟试验为算例,通过展示式样模型内部裂纹三维形态演化效果图并将其与典型的室内单轴压缩试验式样破坏形态进行对比,验证该方法的可行性(4)采用数值模拟手段再现隧道开挖过程中围岩的渐进破坏过程,并以破坏接近度函数为基础对围岩破坏区域进行三维重构,最后通过与现场实际破坏形态进行对比分析,验证以破坏接近度为基础对围岩进行稳定性评价的可行性与实用性。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45
【图文】：

示意图,研究思路,示意图,研究生学位论文

合肥工业大学专业硕士研究生学位论文1.3.2研究思路根据本文的研究内容，通过对与本文内容有关的论文文献的查阅、对理论内容的分析推导、软件数值模拟的计算以及对计算结果进行出图分析加以验证最终实现本文的研究目的。具体的研究思路如图 1.1 所示。

应力-应变全过程曲线,岩石,安全系数函数

图 2.1 岩石典型应力-应变全过程曲线Fig 2.1 Typical stress-strain curve of rockb 的安全系数函数则r-Coulomb 准则被提出以来，由于其参数获取较好地反应岩土材料的弹塑性变形特征而被剪强度包络线的关系图，符号约定为：应力分内摩擦角取值范围为 0 90。力状态时：sin2tan2)sin3131 OCODOM 1sin1sin21sin1sin1sincos211 c c（ 1sin21sincos211 cc（剪切破

关系图,应力圆,包络线,抗剪强度

如图2.2 为摩尔应力圆与抗剪强度包络线的关系图，符号约定为：应力分量规定为拉为正压为负，且123 ，内摩擦角取值范围为 0 90。当单元处于压剪应力状态时：02sin2tan2()sin313131 OCAMBMODOM 1sin1sin21sin1sin1sincos21sin1sin311 c c（稳定状态） 1sin1sin21sin1sin1sincos21sin1sin311 cc（剪切破坏) （2.1）式中，1 为最小主应力，3 为最大主应力，c 为粘聚力，为内摩擦角。令 1sin1sin21sin1sin1sincos21sin1sin3131 f ccs（2.2）式中，sf为压剪破坏包络线。令 1sin1sin N

【参考文献】