动载下节理岩体破坏过程数值试验研究

发布时间：2017-11-01 03:13

  本文关键词：动载下节理岩体破坏过程数值试验研究

  更多相关文章： 动载 节理岩体 数值试验 节理性质 隧道稳定性

【摘要】：近年来,随着科学技术水平的不断提高和社会经济发展的需求,地下空间的开发与利用己经成为目前人类重点关注的领域之一。而地下空间在开发及使用过程中经常遭受地震、爆破等动载荷的作用,因此研究地震、工程爆破等动载荷作用下地下工程的稳定性十分重要。由于实际工程中岩体均同时存在着节理、裂隙等宏观缺陷和微裂纹、微孔洞等细观缺陷,上述两种不同尺度缺陷均对节理岩体的动态力学特性及破坏机制有着重要影响。在实际工程中,隧道在穿越节理岩体时,经常发生岩体沿节理面滑动、坍塌或涌水现象,严重破坏了隧道的稳定性,因此也需要研究节理对隧道稳定性的影响规律。本文采用基于细观损伤力学和动力有限元方法的RFPA动态版软件,从有效求解动力有限元方程着手,分别进行了节理岩体破坏过程研究和节理岩体隧道稳定性分析。研究内容主要包括以下几个方面:(1)利用动态版RFPA数值模拟软件,对动载下节理岩体的动态破坏过程进行了模拟,重点讨论了节理条数、节理贯通度、节理倾角及应力波峰值对岩体动态破坏过程的影响规律。计算结果表明,节理岩体动态破坏过程及破坏强度与节理构造形态、应力波峰值密切相关。(2)分析岩体霍布金森压杆(SHPB)试验结果,建立损伤评价标准,在不同节理贯通度工况下将数值模拟结论与SHPB试验结论进行对比分析,结论吻合,证明了此数值模拟的可行性和结果的可靠性。(3)建立了节理岩体隧道模型,进行静载下节理岩体隧道的稳定性模拟研究。重点分析了节理距隧道的距离、节理条数、节理贯通度等对隧道稳定性的影响规律。结果表明:节理面贯穿隧道时破坏最严重,随着节理离隧道越远,隧道越来越稳定;节理数越多,隧道围岩位移及塑性区越大,隧道越不稳定;节理总长度一定时,零散断续节理比长节理破坏性更大。(4)模拟动载下节理岩体隧道的稳定性。重点研究了节理位置及隧道群间的相互作用规律。结果表明:节理的存在及隧道间相互作用都增加了隧道围岩的破坏。最后将动、静荷载下隧道的失稳过程进行对比分析。
【关键词】：动载 节理岩体 数值试验 节理性质 隧道稳定性
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题背景与研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 数值模拟11-12
• 1.2.2 试验研究12-14
• 1.2.3 理论研究14-15
• 1.3 研究现状评述15-16
• 1.4 主要研究内容和技术路线16-18
• 1.4.1 主要研究内容16-17
• 1.4.2 技术路线17-18
• 第2章 动力有限元模型简介18-26
• 2.1 动力学方程的有限元求解方法18-20
• 2.1.1 Wilson法18-19
• 2.1.2 Newmark法19-20
• 2.2 动荷载下岩石的损伤本构关系20-22
• 2.3 介质单元属性的随机分布22-23
• 2.4 岩石破裂时的声发射23
• 2.5 数值模拟程序—RFPA动态版23-26
• 第3章 动载下节理岩体破坏过程研究26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 节理岩体的RFPA数值模拟试验26-39
• 3.2.1 数值模型26-28
• 3.2.2 数值模拟结果及分析28-39
• 3.3 节理岩体的SHPB动态试验39-41
• 3.3.1 试件制作39-40
• 3.3.2 SHPB试验技术40-41
• 3.4 对比分析41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第4章 动、静载荷下节理岩体隧道稳定性研究44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 静载下断续节理岩体隧道稳定性44-51
• 4.2.1 数值模型44-46
• 4.2.2 数值模拟结果及分析46-51
• 4.3 动载下断续节理岩体隧道稳定性51-60
• 4.3.1 数值模型51-53
• 4.3.2 数值模拟结果及分析53-60
• 4.4 对比分析60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-72
• 附录72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张建海,何江达,范景伟;含断续节理岩体强度的各向异性[J];云南水力发电;2000年02期

2 马泽玲,王燕昌,任克亮,李进;节理岩体的无单元模型[J];宁夏大学学报(自然科学版);2002年03期

3 岳士弘;节理岩体中渗流引起的能量损失[J];爆炸与冲击;2002年02期

4 原磊;王成;;椭圆形节理岩体单元受压时的结构力学分析[J];岩石力学与工程学报;2004年S1期

5 张志刚;乔春生;;改进的节理岩体变形模量经验确定方法及其工程应用[J];工程地质学报;2006年02期

6 孙统立;方孝伍;张庆贺;;多层结构模型在节理岩体力学分析中的应用[J];勘察科学技术;2006年02期

7 刘远明;夏才初;;非贯通节理岩体直剪贯通模型和强度研究[J];岩土工程学报;2006年10期

8 张志刚;乔春生;刘勇;;节理岩体强度特征研究综述[J];煤田地质与勘探;2006年05期

9 牛斌;杨海天;;基于均匀化方法的斜交节理岩体复合本构关系研究[J];岩土工程学报;2007年05期

10 彭成佳;陈胜宏;;节理岩体的三维阶谱复合单元法初步研究[J];岩土力学;2007年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 沈文德;;节理岩体的有限元分析[A];岩石力学在工程中的应用——第二次全国岩石力学与工程学术会议论文集[C];1989年

2 金华;王媛;;多组贯穿节理岩体的扩展遍布节理模型研究[A];第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C];2012年

3 支国华;孙钧;;地震波在节理岩体中传播的半解析频域解的理论模型[A];岩石力学理论与工程实践[C];1997年

4 李仲奎;;层状节理岩体应力分析中的边界元法[A];水电与矿业工程中的岩石力学问题——中国北方岩石力学与工程应用学术会议文集[C];1991年

5 殷有泉;张彦山;;节理岩体稳定性分析的特征值方法[A];岩土力学数值方法的工程应用——第二届全国岩石力学数值计算与模型实验学术研讨会论文集[C];1990年

6 杨长义;黄灿辉;;规则节理岩体破坏强度之研究[A];海峡两岸土力学及基础工程地工技术学术研讨会论文集[C];1994年

7 保长汉;;节理岩体的随机本构关系[A];第五届全国结构工程学术会议论文集（第一卷）[C];1996年

8 保长汉;;节理岩体的自适应不连续位移法[A];第五届全国结构工程学术会议论文集（第三卷）[C];1996年

9 周维垣;杨若琼;周力田;;坝基节理岩体稳定的三维弹塑性断裂有限元分析[A];第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会论文集[C];1986年

10 保长汉;陶振宇;;节理岩体的等效连续弹性模型[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈云娟;基于DDARF改进方法的节理岩体稳定性分析及控制[D];山东大学;2015年

2 林兴超;节理岩体破坏过程模拟及参数确定方法研究[D];中国水利水电科学研究院;2015年

3 肖术;基于可靠度理论的露天矿节理岩体边坡稳定性及设计优化研究[D];北京科技大学;2016年

4 李润;循环荷载作用下节理岩体边坡疲劳劣化及其锚固效应研究[D];福州大学;2014年

5 刘勇;节理岩体强度特征及宏观力学参数确定方法研究[D];北京交通大学;2013年

6 杨旭旭;不同应力环境下断续节理岩体结构效应模型试验研究[D];中国矿业大学;2016年

7 肖卫国;节理岩体本构模型和其细观力学方法理论研究[D];北京交通大学;2011年

8 刘远明;基于直剪试验的非贯通节理岩体扩展贯通研究[D];同济大学;2007年

9 张秀丽;断续节理岩体破坏过程的数值分析方法研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2007年

10 宋林;节理岩体中应力波传播的动力特性研究[D];西安建筑科技大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 裴小龙;综合考虑宏、细观缺陷耦合的节理岩体动态损伤本构模型研究[D];中国地质大学(北京);2015年

2 李超;动载下节理岩体破坏过程数值试验研究[D];中国地质大学(北京);2016年

3 周浩;水岩共同作用下节理岩体裂隙扩展过程的试验与数值模拟研究[D];山东大学;2016年

4 黄俊;节理岩体中扁平大跨地下洞室围岩破坏模式研究[D];北京交通大学;2016年

5 郭靓;节理岩体变形与强度特征的三维数值模拟[D];北京交通大学;2009年

6 秦娟;节理岩体的代表单元集合体的力学特性研究及其在工程中的应用[D];中国水利水电科学研究院;2000年

7 赵幸;基于能量原理的节理岩体裂纹扩展试验研究[D];成都理工大学;2013年

8 黄妤诗;含填充节理岩体的单轴压缩试验及本构模型研究[D];中国地质大学（北京）;2013年

9 汤明高;节理岩体高边坡稳定性研究及应用——以云南小湾水电工程6#山梁为例[D];成都理工大学;2004年

10 邢闯锋;冻融节理岩体损伤断裂特性及有限元分析研究[D];中国地质大学（北京）;2014年

，

本文编号：1124979