某快速通道围岩稳定性的广义粒子动力学数值计算
发布时间：2020-12-24 03:03
本文以某快速通道为实例,进行了C++程序编制,将隧道围岩稳定性GPD法自编程序和成熟软件Abaqus就应力场、位移场、塑性区进行了对比分析,初步探究节理对完整岩石位移以及塑性区的影响作用。地下隧道开挖,是在岩石原有应力状态下形成一个新的空间结构,开挖过程会造成原有岩层构造和初始应力状态破坏,围岩形成新的平衡状态,形成过程即为应力重分布,应力重分布引发围岩变形,如若围岩变形过大,就极易造成工程事故,造成经济损失。关于围岩稳定性分析方法,文中介绍了RQD、巴顿分类等常见的分析方法。数值分析方法在围岩稳定性分析上采用较多的是边界元法、离散单元法、有限单元法,本文采用的是一种无网格方法,即通过采用一系列的离散点来描述系统的状态,每一个粒子都拥有自己独立地场变量,例如:质量、动量和坐标等。利用密度近似法对GPD法的两个守恒方程进行离散化。对动量守恒方程离散化得到加速度公式;为了防止在求解域内的结果产生非物理震荡,宜加上线性人工粘度,能够使得求解的结果更趋于光滑,消除数值震荡;岩土工程变形问题,相较于碰撞、冲击问题,是一个低速运动的问题,为了防止粒子非物理穿透,特别是当粒子接近或几乎碰撞时,宜考虑...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
重庆大学硕士学位论文8图2.1数值方法核函数和支持域示意图Figure2.1NumericMethodKernelFunctionandSupportDomainDiagram处于求解模型的任一粒子的任一场变量信息，例如速度、加速度、密度、位置坐标，都可以用式2.1来表示。u可以使用在粒子支持域上的粒子信息来近似。1()=()Niiixxu（2.1）式中：N是在点x处粒子的支持域上的粒子总数；是粒子i的场变量；i是粒子i的形函数。2.3GPD法的基本方程2.3.1核函数的基本表示方法广义粒子动力学的方程构造一般按以下两个步骤来进行。第一步，所求的场变量用积分表示，任意场函数和光滑核函数都用积分表示。接下来再进行逐步积分。以函数f(x)为例，它的积分表示式就可以由式（2.2）来定义（2.2）其式子中的场变量f(x)可以是密度尝加速度尝应力场和位移场等，但是必须满足函数的连续性要求；x代表计算点x的三维坐标矢量；为计算点x的积分域；函数被称为狄拉克函数，该函数的函数性质如下：(2.3)如果用表示粒子间影响程度的光滑函数来代替狄拉克函数，则上述式子可以表示为：(2.4)W叫做核函数，h是直接影响任一粒子的支持域的光滑长度。光滑函数并不完全等同于原有函数，所以式（2.4）只是一种很接近真实值的近似表达。约定俗成"""f(x)f(x)(xx)dx"(xx)"""1,()0,xxxxxx"W(xx,h)"""f(x)f(x)W(xx,h)dxi
2GPD方法的计算原理9在GPD习惯用法中，通常核近似算子的表示方法为一个角括弧<>标记，即可得场变量表达式：(2.5)2.3.2函数的导数积分表示法空间导数的近似式可应用式（2.5），利用代替f(x)得到（2.6）把上述积分公式（2.6）在主坐标系上应用散度定律进行变换。进过一系列变换，可以得到以下的方程：（2.7）将式（2.7）右边的第一项运用高斯散度定理，将场变量散度在整个体积域的积分转化为该场变量在同一体积的闭合曲面S上的积分，可以得到式（2.8）。（2.8）光滑核函数是定义在支持域内的，当光滑函数定义在支持域外，对于问题的求解也没什么意义。当支持域处在问题域的内部时，如图（2.2），式（2.8）的等号右边第一项，积分区域在整个面积上的部分值为零。图2.2支持域位于问题域内示意图Fig2.2SupportDomainLocatedinProblemDomainDiagram当二者的分析域相互重叠时，如图（2.3），光滑函数受到分析域的打断，使得上述式子右边第一项的结果不为零。当遇到此种问题时，如式（2.8）的等号右边"""f(x)f(x)W(xx,h)dxf(x)"""f(x)[f(x)]W(xx,h)dx""""""()[()(,)]()(,)fxfxWxxhdxfxWxxhdx"""""()[()(,)]()(,)SfxfxWxxhndSfxWxxhdx
【参考文献】：
期刊论文
[1]非贯通节理对隧道稳定性影响的数值计算[J]. 张慧,刘红岩. 矿业研究与开发. 2018(07)
[2]深部大变形巷道锚杆支护理论与技术研究进展[J]. 王卫军,董恩远,袁超,袁越. 矿业工程研究. 2017(02)
[3]节理特性对岩体力学性能的影响[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李娜娜,柴少波. 中南大学学报(自然科学版). 2016(12)
[4]离散单元法在地下洞室围岩稳定性分析中的应用研究[J]. 任文明,崔炜,张安,王国兴,梁久正. 地下空间与工程学报. 2013(S2)
[5]修正Q值围岩分级方法在碳酸盐地区大断裂超深埋特长隧道的应用研究[J]. 余莉,陈建平,张磊. 现代隧道技术. 2013(03)
[6]基于ABAQUS大型地下洞室群分期开挖动态模拟[J]. 陈浩,肖明,衡为方. 武汉大学学报(工学版). 2013(03)
[7]岩土材料特性相关塑性位势理论[J]. 李学丰,孔亮,黄茂松. 岩土工程学报. 2013(09)
[8]地下工程建设安全面临的挑战与对策[J]. 钱七虎. 岩石力学与工程学报. 2012(10)
[9]锦屏二级引水隧道软化围岩法防治岩爆效果的数值试验与应用[J]. 韩文起. 华北水利水电学院学报. 2011(02)
[10]非连续变形分析(DDA)中断续节理扩展的模拟方法研究和试验验证[J]. 夏才初,许崇帮. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
博士论文
[1]应力、渗流、温度及损伤耦合作用下裂隙岩体破裂机理及广义粒子动力学（GPD）模拟分析[D]. 毕靖.重庆大学 2016
硕士论文
[1]基于局部敏感哈希的DBSCAN算法研究[D]. 陆颖华.南京信息工程大学 2015
[2]高山河谷地区地应力分布特征及对节理围岩工程稳定性的影响[D]. 李邦翔.山东大学 2015
[3]城区复杂环境下新建隧道节理围岩稳定性研究[D]. 张亚鹏.重庆大学 2014
[4]基于局部敏感哈希的近似最近邻查询研究[D]. 刘英帆.西安电子科技大学 2014
[5]邻域粒子搜索算法研究及其在SPH方法流体模拟中的应用[D]. 衷湾.南昌大学 2012
[6]基于位置敏感哈希的相似性搜索技术研究[D]. 凌康.南京大学 2012
[7]弹塑性边界元方法及其在地下工程中的应用[D]. 曹留伟.山东科技大学 2008
[8]岩石引水隧洞钢筋混凝土衬砌计算分析[D]. 韩如泉.河海大学 2005
本文编号：2934851
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
重庆大学硕士学位论文8图2.1数值方法核函数和支持域示意图Figure2.1NumericMethodKernelFunctionandSupportDomainDiagram处于求解模型的任一粒子的任一场变量信息，例如速度、加速度、密度、位置坐标，都可以用式2.1来表示。u可以使用在粒子支持域上的粒子信息来近似。1()=()Niiixxu（2.1）式中：N是在点x处粒子的支持域上的粒子总数；是粒子i的场变量；i是粒子i的形函数。2.3GPD法的基本方程2.3.1核函数的基本表示方法广义粒子动力学的方程构造一般按以下两个步骤来进行。第一步，所求的场变量用积分表示，任意场函数和光滑核函数都用积分表示。接下来再进行逐步积分。以函数f(x)为例，它的积分表示式就可以由式（2.2）来定义（2.2）其式子中的场变量f(x)可以是密度尝加速度尝应力场和位移场等，但是必须满足函数的连续性要求；x代表计算点x的三维坐标矢量；为计算点x的积分域；函数被称为狄拉克函数，该函数的函数性质如下：(2.3)如果用表示粒子间影响程度的光滑函数来代替狄拉克函数，则上述式子可以表示为：(2.4)W叫做核函数，h是直接影响任一粒子的支持域的光滑长度。光滑函数并不完全等同于原有函数，所以式（2.4）只是一种很接近真实值的近似表达。约定俗成"""f(x)f(x)(xx)dx"(xx)"""1,()0,xxxxxx"W(xx,h)"""f(x)f(x)W(xx,h)dxi
2GPD方法的计算原理9在GPD习惯用法中，通常核近似算子的表示方法为一个角括弧<>标记，即可得场变量表达式：(2.5)2.3.2函数的导数积分表示法空间导数的近似式可应用式（2.5），利用代替f(x)得到（2.6）把上述积分公式（2.6）在主坐标系上应用散度定律进行变换。进过一系列变换，可以得到以下的方程：（2.7）将式（2.7）右边的第一项运用高斯散度定理，将场变量散度在整个体积域的积分转化为该场变量在同一体积的闭合曲面S上的积分，可以得到式（2.8）。（2.8）光滑核函数是定义在支持域内的，当光滑函数定义在支持域外，对于问题的求解也没什么意义。当支持域处在问题域的内部时，如图（2.2），式（2.8）的等号右边第一项，积分区域在整个面积上的部分值为零。图2.2支持域位于问题域内示意图Fig2.2SupportDomainLocatedinProblemDomainDiagram当二者的分析域相互重叠时，如图（2.3），光滑函数受到分析域的打断，使得上述式子右边第一项的结果不为零。当遇到此种问题时，如式（2.8）的等号右边"""f(x)f(x)W(xx,h)dxf(x)"""f(x)[f(x)]W(xx,h)dx""""""()[()(,)]()(,)fxfxWxxhdxfxWxxhdx"""""()[()(,)]()(,)SfxfxWxxhndSfxWxxhdx
【参考文献】：
期刊论文
[1]非贯通节理对隧道稳定性影响的数值计算[J]. 张慧,刘红岩. 矿业研究与开发. 2018(07)
[2]深部大变形巷道锚杆支护理论与技术研究进展[J]. 王卫军,董恩远,袁超,袁越. 矿业工程研究. 2017(02)
[3]节理特性对岩体力学性能的影响[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李娜娜,柴少波. 中南大学学报(自然科学版). 2016(12)
[4]离散单元法在地下洞室围岩稳定性分析中的应用研究[J]. 任文明,崔炜,张安,王国兴,梁久正. 地下空间与工程学报. 2013(S2)
[5]修正Q值围岩分级方法在碳酸盐地区大断裂超深埋特长隧道的应用研究[J]. 余莉,陈建平,张磊. 现代隧道技术. 2013(03)
[6]基于ABAQUS大型地下洞室群分期开挖动态模拟[J]. 陈浩,肖明,衡为方. 武汉大学学报(工学版). 2013(03)
[7]岩土材料特性相关塑性位势理论[J]. 李学丰,孔亮,黄茂松. 岩土工程学报. 2013(09)
[8]地下工程建设安全面临的挑战与对策[J]. 钱七虎. 岩石力学与工程学报. 2012(10)
[9]锦屏二级引水隧道软化围岩法防治岩爆效果的数值试验与应用[J]. 韩文起. 华北水利水电学院学报. 2011(02)
[10]非连续变形分析(DDA)中断续节理扩展的模拟方法研究和试验验证[J]. 夏才初,许崇帮. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
博士论文
[1]应力、渗流、温度及损伤耦合作用下裂隙岩体破裂机理及广义粒子动力学（GPD）模拟分析[D]. 毕靖.重庆大学 2016
硕士论文
[1]基于局部敏感哈希的DBSCAN算法研究[D]. 陆颖华.南京信息工程大学 2015
[2]高山河谷地区地应力分布特征及对节理围岩工程稳定性的影响[D]. 李邦翔.山东大学 2015
[3]城区复杂环境下新建隧道节理围岩稳定性研究[D]. 张亚鹏.重庆大学 2014
[4]基于局部敏感哈希的近似最近邻查询研究[D]. 刘英帆.西安电子科技大学 2014
[5]邻域粒子搜索算法研究及其在SPH方法流体模拟中的应用[D]. 衷湾.南昌大学 2012
[6]基于位置敏感哈希的相似性搜索技术研究[D]. 凌康.南京大学 2012
[7]弹塑性边界元方法及其在地下工程中的应用[D]. 曹留伟.山东科技大学 2008
[8]岩石引水隧洞钢筋混凝土衬砌计算分析[D]. 韩如泉.河海大学 2005
本文编号：2934851
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