腐蚀作用下深部岩体开挖卸荷的数值模拟

发布时间：2017-11-08 13:08

  本文关键词：腐蚀作用下深部岩体开挖卸荷的数值模拟

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【摘要】：随着社会经济的快速发展,越来越多的地下工程进入了深部范围。目前,地下空间的利用已成为了时代发展的趋势。深部岩体的开挖是一种卸荷过程,其力学响应过程难以用普通的加载强度准则和破坏理论做出解释。多场耦合是深部岩体开挖的独特环境,本文考虑深部岩体受到地下水腐蚀时,岩石的力学性能发生变化,影响岩体开挖的变形、围岩的应力等,开展腐蚀作用下深部岩体开挖卸荷的数值模拟。本文基于深部岩体开挖的物理模型试验,建立了岩体开挖的有限元模型。使用ANSYS软件进行数值模拟计算,并且与物理模型试验进行对比。数值模拟方案如下:整个模型尺寸为30m×30m,开挖的巷道为一个直径2.6m的半拱形隧道,确定建立模型需要岩石参数、边界条件、锚杆的布置、关键点的布置等,并且考虑了腐蚀工况、腐蚀程度和开挖深度三个因素,一共建立了26个有限元模型。通过数值模拟,研究分析深部岩体开挖的巷道变形、围岩的受力、锚杆支护分析、关键点位移等,得到以下结论:1)有限元软件能够较好地开展深部巷道腐蚀岩体开挖的数值模拟研究工作。模拟结果符合实际工程情况,并具有实用性、经济性、可操作性强等优点。2)在岩体开挖过程中,对巷道变形以及围岩受力影响的最大因素是开挖深度,其次是腐蚀工况,腐蚀程度影响最小。巷道的变形和围岩受力都随着开挖深度的增加而变大。考虑腐蚀工况的影响,强酸腐蚀对其影响最大,酸性腐蚀次之,中性盐腐蚀和水腐蚀最小,且后两者影响区别甚微;巷道变形值随着上述腐蚀工况的顺序腐蚀程度的降低而减小;巷道围岩的应力值(第一主应力、第三主应力、Mises应力、剪应力)却正好相反。3)深部岩体的开挖存在岩爆倾向。岩爆一般发生在半拱巷道的拱两侧和巷道底部两侧,巷道的开挖深度越大,岩爆现象越明显。岩爆发生的范围随着腐蚀程度的增加而降低,但相同的深度作用下其影响区别不大。不同的腐蚀情况会影响巷道的岩爆,强酸腐蚀作用下,巷道内壁岩石破坏范围最大,酸性腐蚀次之,无腐蚀最小。4)锚杆的支护作用能有效的控制和减小巷道围岩的变形。经过对锚杆的受力状况研究分析发现,钢筋的应力值在拱顶、拱肩、底角处达到极值。从拱顶到拱肩,应力值小幅度的变化;从拱肩到底角,钢筋应力值迅速减小;从底角往底部中点迅速增大。强酸作用对锚杆钢筋应力的影响最大,酸性腐蚀次之,中性腐蚀和水腐蚀最小。
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45

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