基于DDARF改进方法的节理岩体稳定性分析及控制

发布时间：2017-11-17 20:16

  本文关键词：基于DDARF改进方法的节理岩体稳定性分析及控制

  更多相关文章： 非连续变形分析 前处理耦合 多元化网格划分 弹脆性本构模型 预测预警及控制

【摘要】：随着地下空间的不断开发利用,岩石工程的项目和规模与日俱增,随之而来的围岩稳定性问题也日益突出。岩体工程稳定性评价的关键在于找到一种合适的方法对其进行预测预警。工程岩体是一种非连续体,含有大量的不连续面,力学性质很大程度上受制于这些不连续面的性质,因此石根华博士提出的非连续变形分析方法无疑是研究节理岩体稳定性的最理想选择。为了再现并分析节理岩体裂隙扩展的全过程,本文以非连续变形分析方法DDARF为主线,研究内容贯穿数值算法的前处理改进以及计算方法的二次开发,辅以理论分析和室内试验,并将研究成果应用于沂蒙抽水蓄能电站、巴底抽水蓄能电站等地下工程稳定性分析中。本文的研究内容主要包括以下几个方面：(1)建立了DDARF与AutoCAD的前处理建模耦合程序。采用Monte-Carlo方法在AutoCAD可视化界面中生成随机节理网络模型,通过AutoCAD与DDARF的耦合模块将所建模型导入DDARF中并转换为数据文件,将其应用于沂蒙水电站工程,对水电站洞室群开挖顺序和锚固方案进行了优化分析。(2)建立了DDARF多元化网格划分方法,将数值模型根据研究需要划分为多个子模型,每个子模型可以单独设定不同的网格密度,设定完成后合并为完整模型。方法实现的目的在于既满足研究对象的计算精度,又能控制数值计算的总网格规模。将DDARF多元化网格划分方法应用于巴底水电站等工程,对围岩稳定性进行了分析计算。(3)针对大多数情况下所研究工程岩体呈现的弹脆性特性,建立了DDARF弹脆性本构模型,采用最大拉应力准则和莫尔-库仑准则对块体应力状态进行判断。将DDARF弹脆性本构模型应用于地下工程开挖,与源程序中线弹性本构模型进行了数值对比。(4)对DDARF锚杆支护形式提出了新的思考,假定岩体的变形主要由不连续面的变形引起,将锚杆所穿过的不连续面处沿锚杆轴向和切向添加弹簧,同步模拟锚杆的轴力和剪力作用,实现了全长剪切锚杆的模拟；提出了增强围岩强度参数的等效模式,来模拟DDARF中锚杆对围岩的支撑作用。同时,实现了对DDARF中锚固作用的拉拔失效和滑脱失效的判断,并与室内试验结果进行了对比分析。(5) DDARF主要依靠输入时间步数来控制计算的结束,这具有较大的主观性,针对该弊端,建立了位移收敛准则,实现了对DDARF计算程序终止的系统自动判断；分析了超松弛因子对计算收敛的影响,得到了DDARF数值分析时超松弛因子合理的取值范围。(6)对节理试件的裂隙扩展机理进行了室内试验和DDARF数值分析,两者吻合度较高,佐证了DDARF模拟裂隙扩展的优势,分析了节理角度、长度、位置等对试件裂隙扩展的影响,并分析了DDARF节理参数对裂隙扩展的敏感性。同时,研究了开挖影响下节理洞室围岩裂隙扩展的机理,总结了地应力侧压力系数对裂隙扩展的影响规律。(7)分析了利用块体理论预测预警岩体工程中关键块体的方法,并简单介绍了基于块体理论的几种开发软件；研究了DDARF如何确定岩体工程中的关键时刻或关键部位,进而对非连续变形分析中的关键时刻或部位进行支护控制,对地下工程的布锚加固方式进行了优化分析。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU457

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 方玉树;;地下工程围岩中不稳定块体的判断和锚喷支护计算方法[A];全国第三次工程地质大会论文选集（上卷）[C];1988年

2 蔡永恩;王仁;;一种新的模拟地震过程的数值方法——LDDA[A];1999年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十五届年会论文集[C];1999年

，

本文编号：1197231