静水压力下内摩擦角对圆形洞室围岩局部破裂影响的连续-非连续模拟
发布时间：2021-03-26 01:59
为了更准确地模拟岩石由连续向非连续转化,降低网格依赖性,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种内部开裂方法。模型被离散成精度较高的四边形单元,在开裂后,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展。模拟了巴西圆盘岩样、单轴压缩岩样和静水压力下洞室围岩的变形-开裂过程。结果表明:对于巴西圆盘岩样,拉裂缝由圆盘中心向上下加载板扩展,直至贯穿岩样,拉裂缝较为平滑;对于单轴压缩岩样,剪裂缝较为平直,贯穿岩样的主剪裂缝方向与摩尔-库仑剪切面方向较为一致。由静水压力和内摩擦角对洞室围岩变形-开裂过程的影响规律可以发现:静水压力下,V形坑形成于洞室表面附近;剪裂缝向围岩内部扩展,形成狭长剪裂缝,其分布类似于剪切滑移线。静水压力越大,剪裂缝的范围越大。内摩擦角越大,剪裂缝的范围越小,狭长剪裂缝的扩展方向与环向的夹角越小。由天生桥二级水电站某洞室围岩的模拟可以发现,围岩呈现4个V形坑,这与现场观测结果基本吻合。
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
结果[5-6](d)滑移线的理论结果[7]图1常见的围岩破坏形式Fig.1Commonfailuremodesofsurroundingrocks(c)滑移线的试验
个时步，此步骤中p保持不变。步骤3：保持p不变，对开挖后围岩进行计算。共采用7个计算方案。方案1～4的均为25°，p分别为30、40、50、60MPa；方案5～7的p均为50MPa，分别为15°、20°和30°。方案1～4用于研究p的影响；方案3、5～7用于研究的影响。监测了开挖完成后围岩左半部分水平对称线处所有单元的垂直应力（近似等于环向应力）和水平应力（近似等于径向应力）。4.3静水压力的影响图6为方案3的裂缝和1的时空分布，白色和黑色线段分别代表拉裂缝区段和剪裂缝区段，多条裂缝区段连接形成裂缝；图7为洞室开挖完成时（时(a)时步数目=3000(b)时步数目=3500(c)时步数目=4000(d)时步数目=4500(e)时步数目=5000(f)时步数目=6000(g)时步数目=8000(h)时步数目=11000图6方案3的裂缝和1的时空分布Fig.6Spatiotemporaldistributionsofcracksand1ofscheme30.01.02.03.0010203040应变/103bcde拉裂缝区段剪裂缝区段v57.5°理论开裂方向主剪裂缝方向V形坑V形坑V形坑狭长岩块狭长岩块狭长块状拉裂缝区段剪裂缝区段V形坑V形坑狭长剪裂缝狭长岩块狭长岩块狭长剪裂缝应力/MPa1/107Pa-3.0-4.0-2.0-2.5-3.5-1-6-2-3-4-501/107Pa0-1-2-3-4-511/107Pa1/107Pa0.0-3.0-0.5-1.0-2.0-2.50.5-
个时步，此步骤中p保持不变。步骤3：保持p不变，对开挖后围岩进行计算。共采用7个计算方案。方案1～4的均为25°，p分别为30、40、50、60MPa；方案5～7的p均为50MPa，分别为15°、20°和30°。方案1～4用于研究p的影响；方案3、5～7用于研究的影响。监测了开挖完成后围岩左半部分水平对称线处所有单元的垂直应力（近似等于环向应力）和水平应力（近似等于径向应力）。4.3静水压力的影响图6为方案3的裂缝和1的时空分布，白色和黑色线段分别代表拉裂缝区段和剪裂缝区段，多条裂缝区段连接形成裂缝；图7为洞室开挖完成时（时(a)时步数目=3000(b)时步数目=3500(c)时步数目=4000(d)时步数目=4500(e)时步数目=5000(f)时步数目=6000(g)时步数目=8000(h)时步数目=11000图6方案3的裂缝和1的时空分布Fig.6Spatiotemporaldistributionsofcracksand1ofscheme30.01.02.03.0010203040应变/103bcde拉裂缝区段剪裂缝区段v57.5°理论开裂方向主剪裂缝方向V形坑V形坑V形坑狭长岩块狭长岩块狭长块状拉裂缝区段剪裂缝区段V形坑V形坑狭长剪裂缝狭长岩块狭长岩块狭长剪裂缝应力/MPa1/107Pa-3.0-4.0-2.0-2.5-3.5-1-6-2-3-4-501/107Pa0-1-2-3-4-511/107Pa1/107Pa0.0-3.0-0.5-1.0-2.0-2.50.5-
【参考文献】：
期刊论文
[1]神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉强度与断裂韧度研究[J]. 赵毅鑫,刘斌,杨志良,宋桂军,杨东辉. 煤炭学报. 2019(06)
[2]深部巷道软弱围岩破裂碎胀过程及锚喷-注浆加固FDEM数值模拟[J]. 刘泉声,邓鹏海,毕晨,李伟伟,刘军. 岩土力学. 2019(10)
[3]巷道围岩卸荷应力波传播及垮塌过程模拟[J]. 王学滨,马冰,潘一山,郭翔. 中国矿业大学学报. 2017(06)
[4]深部圆形隧洞板裂屈曲岩爆的模拟试验研究[J]. 宫凤强,罗勇,司雪峰,李夕兵. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[5]加载方式及抗拉强度对巴西圆盘试验影响的连续-非连续方法数值模拟[J]. 郭翔,王学滨,白雪元,王春伟,齐大雷. 岩土力学. 2017(01)
[6]基于统一标定的势接触力计算[J]. 严成增,郑宏,葛修润. 岩土力学. 2015(01)
[7]基于局部单元劈裂的FEM/DEM自适应分析方法[J]. 严成增,孙冠华,郑宏,葛修润. 岩土力学. 2014(07)
[8]深埋隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂特征及影响因素[J]. 张文举,卢文波,杨建华,严鹏,陈明. 岩土力学. 2013(09)
博士论文
[1]高地应力条件下深部巷道围岩分区破裂形成机制和锚固特性研究[D]. 陈旭光.山东大学 2011
本文编号：3100731
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
结果[5-6](d)滑移线的理论结果[7]图1常见的围岩破坏形式Fig.1Commonfailuremodesofsurroundingrocks(c)滑移线的试验
个时步，此步骤中p保持不变。步骤3：保持p不变，对开挖后围岩进行计算。共采用7个计算方案。方案1～4的均为25°，p分别为30、40、50、60MPa；方案5～7的p均为50MPa，分别为15°、20°和30°。方案1～4用于研究p的影响；方案3、5～7用于研究的影响。监测了开挖完成后围岩左半部分水平对称线处所有单元的垂直应力（近似等于环向应力）和水平应力（近似等于径向应力）。4.3静水压力的影响图6为方案3的裂缝和1的时空分布，白色和黑色线段分别代表拉裂缝区段和剪裂缝区段，多条裂缝区段连接形成裂缝；图7为洞室开挖完成时（时(a)时步数目=3000(b)时步数目=3500(c)时步数目=4000(d)时步数目=4500(e)时步数目=5000(f)时步数目=6000(g)时步数目=8000(h)时步数目=11000图6方案3的裂缝和1的时空分布Fig.6Spatiotemporaldistributionsofcracksand1ofscheme30.01.02.03.0010203040应变/103bcde拉裂缝区段剪裂缝区段v57.5°理论开裂方向主剪裂缝方向V形坑V形坑V形坑狭长岩块狭长岩块狭长块状拉裂缝区段剪裂缝区段V形坑V形坑狭长剪裂缝狭长岩块狭长岩块狭长剪裂缝应力/MPa1/107Pa-3.0-4.0-2.0-2.5-3.5-1-6-2-3-4-501/107Pa0-1-2-3-4-511/107Pa1/107Pa0.0-3.0-0.5-1.0-2.0-2.50.5-
个时步，此步骤中p保持不变。步骤3：保持p不变，对开挖后围岩进行计算。共采用7个计算方案。方案1～4的均为25°，p分别为30、40、50、60MPa；方案5～7的p均为50MPa，分别为15°、20°和30°。方案1～4用于研究p的影响；方案3、5～7用于研究的影响。监测了开挖完成后围岩左半部分水平对称线处所有单元的垂直应力（近似等于环向应力）和水平应力（近似等于径向应力）。4.3静水压力的影响图6为方案3的裂缝和1的时空分布，白色和黑色线段分别代表拉裂缝区段和剪裂缝区段，多条裂缝区段连接形成裂缝；图7为洞室开挖完成时（时(a)时步数目=3000(b)时步数目=3500(c)时步数目=4000(d)时步数目=4500(e)时步数目=5000(f)时步数目=6000(g)时步数目=8000(h)时步数目=11000图6方案3的裂缝和1的时空分布Fig.6Spatiotemporaldistributionsofcracksand1ofscheme30.01.02.03.0010203040应变/103bcde拉裂缝区段剪裂缝区段v57.5°理论开裂方向主剪裂缝方向V形坑V形坑V形坑狭长岩块狭长岩块狭长块状拉裂缝区段剪裂缝区段V形坑V形坑狭长剪裂缝狭长岩块狭长岩块狭长剪裂缝应力/MPa1/107Pa-3.0-4.0-2.0-2.5-3.5-1-6-2-3-4-501/107Pa0-1-2-3-4-511/107Pa1/107Pa0.0-3.0-0.5-1.0-2.0-2.50.5-
【参考文献】：
期刊论文
[1]神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉强度与断裂韧度研究[J]. 赵毅鑫,刘斌,杨志良,宋桂军,杨东辉. 煤炭学报. 2019(06)
[2]深部巷道软弱围岩破裂碎胀过程及锚喷-注浆加固FDEM数值模拟[J]. 刘泉声,邓鹏海,毕晨,李伟伟,刘军. 岩土力学. 2019(10)
[3]巷道围岩卸荷应力波传播及垮塌过程模拟[J]. 王学滨,马冰,潘一山,郭翔. 中国矿业大学学报. 2017(06)
[4]深部圆形隧洞板裂屈曲岩爆的模拟试验研究[J]. 宫凤强,罗勇,司雪峰,李夕兵. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[5]加载方式及抗拉强度对巴西圆盘试验影响的连续-非连续方法数值模拟[J]. 郭翔,王学滨,白雪元,王春伟,齐大雷. 岩土力学. 2017(01)
[6]基于统一标定的势接触力计算[J]. 严成增,郑宏,葛修润. 岩土力学. 2015(01)
[7]基于局部单元劈裂的FEM/DEM自适应分析方法[J]. 严成增,孙冠华,郑宏,葛修润. 岩土力学. 2014(07)
[8]深埋隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂特征及影响因素[J]. 张文举,卢文波,杨建华,严鹏,陈明. 岩土力学. 2013(09)
博士论文
[1]高地应力条件下深部巷道围岩分区破裂形成机制和锚固特性研究[D]. 陈旭光.山东大学 2011
本文编号：3100731
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