ANSYS三维弹塑性结构分析在地下工程围岩稳定性评价中的应用

发布时间：2017-04-23 01:11

  本文关键词：ANSYS三维弹塑性结构分析在地下工程围岩稳定性评价中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 地下工程围岩稳定性研究无论是在理论研究还是在实际应用等方面都取得了重大进展。但由于研究对象的特殊性和复杂性，，目前还不能十分有效地防治重大工程安全事故的发生。因此，有必要对其进一步深入研究。 本文在对国内外围岩稳定性评价研究现状进行综述的基础上，扼要阐述了三维结构弹塑性有限元的基本原理，介绍了ANSYS程序结构及其弹塑性分析的基本过程。以某矿采空区围岩稳定性评价为例，建立了矿体开采的三维数值模拟模型，并使用有限元程序ANSYS 5.6版本对矿体深部开采过程中的地压活动规律进行了三维弹塑性模拟。通过对计算所得的围岩应力分布、塑性区范围和+230m水平钢筋混凝土隔离层单元变形情况进行分析，评价了采空区围岩稳定性。研究成果对地下工程结构稳定性分析具有指导作用，并为相关领域的围岩稳定性评价工作提供参考。 主要结论如下： (1) 利用大型通用有限元程序ANSYS模拟地下岩土介质的开挖（采）过程是方便可行的。ANSYS强大的功能可以建立大型而复杂的三维模型和快捷地实现有限元网格的自动划分、能够确保计算的准确性以及方便地读取分析结果。 (2) 有限元计算结果表明，在充填的情况下，采空区围岩是安全的，但存在局部失稳的可能。 (3) 有限元计算结果表明，三维计算模型边界的取值是合适的。在水平面范围内受矿体开采影响较大的区域不超过150m。 (4) 矿床开采充填过程的ANSYS模拟结果表明，随着开采深度的增加，在+230m水平钢筋混凝土隔离层上的应力也进一步增大；当矿体开采充填到+200m水平的时候，钢筋混凝土隔离层上盘出现了大范围的塑性区。 (5) 有限元计算结果显示，随着开采深度的增加，在采空区围岩中应力的集中程度也进一步增加。应力集中程度较大的地方主要位于矿体的西北和东南端，预计在该部分采场地压显现比较剧烈。 (6) 数值模拟结果表明，在采用充填法充填采空区的情况下，+200m水平以下的开采活动对+230m水平钢筋混凝土隔离层的影响不大，塑性区及应力的增加程度均不明显。
【关键词】：ANSYS 三维弹塑性分析 有限元法 围岩稳定性评价
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TD325
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-15
• 1．1 问题的提出9
• 1．2 国内外研究现状及发展动态9-13
• 1．2．1 稳定性研究方法10-11
• 1．2．2 数值分析方法及程序11-13
• 1．2．3 稳定性判据13
• 1．3 研究的目的、意义及拟定的研究内容和方法13-15
• 1．3．1 研究的目的、意义13-14
• 1．3．2 拟定的研究内容及方法14-15
• 2三 维地下结构弹塑性静态分析有限元法15-24
• 2．1 引言15
• 2．2 Drucker-Prager屈服条件15
• 2．3 Drucker-Prager流动准则15-16
• 2．4 理想塑性材料弹塑性矩阵16-17
• 2．5 非线性方程组解法17-18
• 2．6 弹塑性有限元法18-24
• 2．6．1 弹塑性有限元法基本方程18-19
• 2．6．2 单元选择矩阵[A]e19
• 2．6．3 形函数19-21
• 2．6．4 单元应力增量的确定21-24
• 3 ANSYS三维弹塑性结构静态分析的基本过程24-32
• 3．1 有限元程序ANSYS简介24-26
• 3．2 弹塑性结构静态分析步骤综述26-32
• 3．2．1 建模过程26-27
• 3．2．2 加载和求解27-30
• 3．2．3 考察结果30-32
• 4 某矿100号矿体开采过程的三维数值模拟32-58
• 4．1 矿区基本情况32-33
• 4．1．1 矿体产状32
• 4．1．2 围岩物理力学特征32
• 4．1．3 矿区水文地质特征32-33
• 4．1．4 矿体开采现状及采矿方法33
• 4．2三 维有限元计算模型33-37
• 4．2．1 计算模型33-34
• 4．2．2 计算模型岩体力学参数34-35
• 4．2．3 模型边界载荷的确定35-36
• 4．2．4 数值模拟计算步骤36-37
• 4．3三 维有限元计算结果及分析37
• 4．4 采空区围岩稳定性评价37-58
• 5 结论及建议58-60
• 5．1 结论58
• 5．2 建议58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-62

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 薛志鹏;断层活化导致井巷破坏的数值模拟分析[D];河南理工大学;2010年

2 冯锐;铜坑矿中深孔爆破震动下矿柱稳定性研究[D];江西理工大学;2010年

3 殷凤霞;大红山铜矿435中段54-58盘区稳定性研究[D];昆明理工大学;2009年

4 赵世成;大红山铁矿上部露天开采与下部地下开采的安全影响研究[D];昆明理工大学;2010年

5 吴世剑;引水隧洞及下覆采空区安全稳定性研究[D];昆明理工大学;2009年

6 张秉皓;某采空区对地表村庄的影响分析与研究[D];昆明理工大学;2011年

7 黄黎冰;水闸闸室结构与地基力学作用机理数值分析[D];四川大学;2006年

8 卓志飞;深层搅拌桩复合地基沉降控制研究[D];暨南大学;2006年

9 黄井武;广东沿海软土地基上海堤稳定性分析及优化研究[D];暨南大学;2006年

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本文编号：321607