离散裂隙网络简化方法及其在隧道稳定性分析中应用

发布时间：2020-09-05 08:03

　　 传统数值模拟通常将岩体作为连续介质材料处理,直接懫用材料力学中的连续介质力学来分析岩体力学问题。随着离散单元法分析软件的发展,节理岩体的非连续分析取得了重大进展。但是大尺度的三维节理岩体模拟依然存在节理数量巨大难以实现的问题。离散裂隙网络(DFN)提供了真实岩体节理的倾向,倾角,节理尺寸等几何特征的分布的一种统计近似建模方法。但是按照真实节理分布密度建立的模型依然复杂,因此节理数量的合理简化十分必要。本文根据研究区调查的节理发育特征,建立了三维随机离散裂隙网络岩体模型,研究了节理简化的方法并应用于岩质隧道工程的稳定性分析中。该方法为大尺度的三维离散元方法模拟研究提供了参考。本文主要的研究工作如下:(1)测量地表露头节理产状,统计研究区内节理裂隙几何参数。采用基于离散元方法的3DEC软件,利用三维离散裂隙网络方法建立了节理岩体模型。(2)在节理岩体模型中,使用不同最小节理尺寸简化岩体节理数量,分析不同简化尺寸下的节理密度及岩体力学性质的变化,提出了节理简化的合理尺寸。(3)基于矿区资料与高密度电法物探手段,调查研究区内采空区分布规律。采用节理简化的方法在3DEC软件中建立玉渡山隧道穿越采空区三维模型,并采用强度折减法分析采空区及隧道围岩体的稳定性。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P631.3;U452.1
【部分图文】：

9图 2-1 研究区地理位置图延崇高速公路玉渡山隧道出口为于营门铁矿采空区，营门铁矿于上个世0 年代初开采，于 1979 年停产。与线位影响的采空区东西长约 100m，南北 250m。根据营门铁矿采空区资料，采空区影响主要范围为出京线为 K20+7621+040，隧道底板标高为 660~664m 左右；进京线为 K20+700~K20+980，隧板标高为 658~665m 左右。按已有铁矿设计资料分析判断，隧道线底板标高里程方向与矿洞或排气洞标高基本持平。因此可以预计隧道穿越营门铁矿时动原有采空区应力平衡，对隧道洞身稳定性有较大影响。

2.2 研究区工程地质条件2.2.1 气象水文拟建场地位于延庆区，属大陆性季风气候，温带与中温带、半干旱与半湿润带的过渡地带。全区年平均温度 8.5℃，7 月平均气温 23℃，1 月平均气温则为-8.8℃；多年平均日照时数 2826.3 小时，年总辐射量为 5288.82MJ/m2；无霜期短，年均无霜期 155～165 天，初霜日在 10 月下旬，终霜日在 3 月下旬；年平均风速为 2.6m/s，主导风向为西南风，大于 17 m/s 的大风日数平均 39 天。最大冻土深度约 1.0～1.35m。每年降雨多集中在 7、8 月份，占年降水量的 60～70%，1、2 月份降雨量最小。24 小时最大降雨量为 205.0mm，大于等于 50mm 暴雨量日数不到 1 天，时最大降雨量为 35.5mm，10 分钟最大降雨量为 18.0mm，见图 2-2。

2.2 地形地貌营门铁矿位于延庆区北部山区，地形起伏较大，周边森林植被茂密，地复杂。可见铁矿开采痕迹，山体裂隙节理发育，拟建隧道从山体斜穿。营采空区段，地貌单元为中高山，沟谷较发育，地层走向呈近南北向展布，高南低，地面标高约 660~810m，山体坡度 35～45°，沟谷两侧陡坡坡度°以上。

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本文编号：2812769