基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析

发布时间：2017-04-24 13:02

  本文关键词：基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：进入21世纪以来,我国的水能资源开发正处于前所未有的高速建设时期,众多水电站处于在建或待建状态。而其中的大型或特大型水电站由于受到地形限制和其他因素的影响,必须采用地下厂房的布置方式,因而将产生相应的地下洞室。大型地下洞室通常规模巨大、空间分布复杂、洞室所赋存的地质条件也很复杂。加之洞室开挖是一种不可逆行为,发生破坏后无法恢复重建。因此,研究大型地下洞室的围岩稳定性分析方法,为实际工程提供可靠的理论支持,有利于保障大型地下工程长期运行的安全稳定性,具有重大的社会意义和巨大的经济效益。本文以意大利Pont Ventoux水力发电站的Venaus中央洞室为工程背景,在总结前人实测地质资料及岩体各项试验资料的基础上,获取围岩及初始地应力等相关重要参数。采用ABAQUS有限元软件提供的Mohr-Coulomb屈服模型,针对该硬岩地下洞室开挖后的动态变化过程进行了围岩稳定性数值模拟分析。在控制材料参数相同的情况下分别建立了二维加固、二维未加固、三维加固、三维未加固四种不同条件下的模型。主要分析了洞室开挖诱发的塑性区、应力、位移的分布特征,以及各支护构件的轴向荷载分布特征这四项评价指标。首先通过对比相同维度条件下加固与未加固之间评价指标的差异,分析了加固系统对围岩稳定的作用;其次分析了不同开挖阶段对三维洞室模型的围岩塑性区、主应力的分布的影响,得到围岩塑性区及应力的动态发展趋势;重点对围岩拱顶中心竖向位移进行了分析,得到分步开挖时各个不同开挖步对拱顶中心竖向位移的影响;然后将加固条件下的二维模型与三维模型在塑性区、最小主应力和竖向位移这三个方面进行对比,得到维度不同的情况下模拟结果的差异;再将四种模型模拟计算出的拱顶内部竖向位移与钻孔多点位移计的实际监测位移进行对比,进一步验证了数值模拟结果的可靠性。最后基于加固条件下的二维平面模型,采用参数变化的区间分析法,对围岩参数敏感性进行计算分析,得到各个参数对工程中具有代表性的评价指标的敏感程度。并区分出影响计算结果的主要敏感性参数和次要敏感性参数,对于类似工程围岩参数的选取具有一定的指导意义。
【关键词】：地下洞室 数值模拟 围岩稳定性 敏感性分析 ABAQUS
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU457
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景及研究意义8-11
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.3 研究内容、思路及方法16-18
• 2 地下洞室围岩稳定性影响因素与判据18-26
• 2.1 概述18
• 2.2 影响洞室围岩稳定的几类主要因素18-20
• 2.3 围岩变形破坏类型及破坏机理20-22
• 2.4 围岩失稳的判据22-25
• 2.4.1 强度判据22-23
• 2.4.2 极限应变判据23
• 2.4.3 围岩收敛比判据23
• 2.4.4 基于突变理论的判据23-24
• 2.4.5 熵突变判据24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 围岩弹塑性理论和ABAQUS简介26-39
• 3.1 概述26
• 3.2 非线性理论的分类26-27
• 3.3 岩体弹塑性本构关系27-32
• 3.3.1 屈服准则与破坏条件28
• 3.3.2 强化定律28-29
• 3.3.3 流动法则29-30
• 3.3.4 加载和卸载准则30-31
• 3.3.5 增量理论31-32
• 3.4 岩体常见的几类屈服准则32-36
• 3.4.1 Tresca屈服准则33
• 3.4.2 Mises屈服准则33
• 3.4.3 广义Tresca和Mises准则33-34
• 3.4.4 Mohr-Coulomb屈服准则34-36
• 3.4.5 Drucker-Prager屈服准则36
• 3.4.6 Zienkiewice-Pande屈服准则36
• 3.5 有限元软件ABAQUS简介及其适用性36-38
• 3.5.1 ABAQUS软件简介37
• 3.5.2 ABAQUS在岩土工程中的适用性37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 地下洞室围岩稳定性分析39-77
• 4.1 引言39
• 4.2 工程概况39-47
• 4.2.1 岩体条件和岩体特征概述42-44
• 4.2.2 开挖及施工方法44-47
• 4.3 有限元分析47-51
• 4.4 二维有限元分析51-59
• 4.4.1 塑性区分布51-52
• 4.4.2 开挖引起的主应力分布及大小52-55
• 4.4.3 开挖引起的位移分布及大小55-57
• 4.4.4 加固系统中的轴向荷载分布57-59
• 4.5 三维有限元分析59-71
• 4.5.1 分步开挖的塑性区分布60-61
• 4.5.2 分步开挖主应力分布及大小61-67
• 4.5.3 开挖引起的位移分布及大小67-70
• 4.5.4 加固系统中轴向荷载分布70-71
• 4.6 二维与三维分析结果的对比71-76
• 4.6.1 塑性区分布的对比72-73
• 4.6.2 最小主应力的对比73-74
• 4.6.3 竖向位移的对比74-76
• 4.7 本章小结76-77
• 5 围岩参数的敏感性分析77-90
• 5.1 引言77
• 5.2 区间分析法基本原理及方法77-79
• 5.3 敏感性分析79-89
• 5.3.1 计算模型79
• 5.3.2 参数选取79-80
• 5.3.3 计算结果分析80-89
• 5.4 本章小结89-90
• 6 结论与展望90-93
• 6.1 结论90-92
• 6.2 展望92-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-97

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 莫中生;朱茂国;;隧道开挖围岩稳定性分析[J];黑龙江科技信息;2014年02期

2 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 霍玉华;;深埋特长隧道软弱围岩稳定性分析[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛（交通运输工程学科）论文集（下册）[C];2005年

2 荣冠;;彭水地下电站围岩稳定性分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年

3 颜立新;苏永华;;采场围岩稳定性分析与突变失稳预测研究思路[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年

4 刘娇霞;刘华博;;大倾角层状岩体隧道开挖围岩稳定性分析[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年

5 孙志杰;申俊敏;马林;;考虑渗流效应的黄土隧道围岩稳定性分析[A];第22届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2013年

6 张治国;周太全;华渊;;东巨寺沟硬质围岩铁路隧道湿喷纤维混凝土支护结构-围岩稳定性分析[A];第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 毛树华;灰关联决策与灰生成算子的理论及方法研究[D];武汉理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 韩毅;戈塘金矿开采三维建模及围岩稳定性分析[D];贵州大学;2015年

2 苏业盛;隧道动态监测技术及围岩稳定性分析研究[D];西安工业大学;2013年

3 谭义欣;基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析[D];东华理工大学;2016年

4 张梅;浅层穿越水库隧道施工技术及围岩稳定性分析[D];西华大学;2012年

5 占慧鸣;上官隧道施工动态监测与围岩稳定性分析[D];华中科技大学;2010年

6 孙玉宝;深埋长隧道围岩稳定性分析与研究[D];山东科技大学;2009年

7 郇澜;中条山公路隧道地下风机房洞室群围岩稳定性分析[D];西安科技大学;2012年

8 黄磊;公路隧道穿煤矿采空区段围岩稳定性分析[D];重庆大学;2013年

9 边巴次仁;年拉山隧道开挖过程围岩稳定性分析[D];重庆交通大学;2010年

10 苏伟业;精伊霍北天山深埋隧道围岩稳定性分析[D];西南交通大学;2010年

  本文关键词：基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：324232