大型地下洞室围岩稳定三维弹塑性有限元分析

本文采用三维弹塑性增量变塑性刚度有限元法计算地下洞室围岩稳定。该法综合了常刚度法和变刚度法的优点,它不仅具有较快的计算速度,而且有较好的迭代收敛结果。本文还提出了用三维非线性有限元法分析岩体的三维地应力场的方法。     

大型地下工程三维弹塑性并行有限元分析

有限单元法是岩土工程中最常用的一种数值计算方法,但是面对大型岩土工程,地质条件复杂、分析范围大,其计算精度往往不够,为了提高计算精度而细化计算网格,增加单元的数量,又会造成计算量大,单机计算能力不足的矛盾。针对以上问题,在区域分解和共轭梯度算法的基础上,采用VisualC++6.0开发基于Windows平台的三维弹塑性并行有限元程序ParallelGeoFEM3D,并在分布式网络环境中调试通过。对水布垭电站尾水洞阶段洞室的开挖过程进行详细的模拟,单元数量达到100×104个,开挖步为20步。计算结果表明,该程序可以对大型岩土工程施工方案进行快速准确的分析计算。     

某地下厂房围岩稳定的弹塑性数值分析

采用二维弹塑性有限元法,分析了洞室群在开挖过程中和开挖完成后的变形特征与应力变化,给出了施工过程中洞室群出现拉应力与塑性区的部位。     

爆破震动下地下工程围岩稳定与支护设计

随着我国地下工程的大量建设,在新建硬岩隧道与既有隧道间距较小的情况下进行爆破开挖,产生的爆破震动波会危及隧道支护结构的安全和稳定。因此,研究隧道爆破开挖对既有隧道和开挖隧道支护结构的稳定性影响,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文运用便携式微机控制数字输出测震仪进行爆破震动测量,同时,采用软件进行非线性数值模拟计算,分析隧道爆破开挖对既有隧道和开挖隧道支护衬砌的影响,讨论爆破震动影响下隧道支护方式的优化。     

大位移井井壁稳定三维弹塑性有限元分析

现有井壁围岩应力求解模型大都基于平面应变假设，相对岩石真实应力状态会有一定的误差。在空间坐标变换基础上建立了大位移井井壁稳定分析三维弹塑性有限元模型，将井斜角与方位角的变化转化为井轴坐标系下地应力场应力分量的变化，保证了模型的稳定性。利用所建模型对弹性和弹塑性条件下的大位移井井壁围岩稳定性进行了研究。计算结果表明：岩石在弹塑性条件下能够通过塑性变形吸收更多能量；在相同外载条件下，弹塑性岩石比脆性岩石更稳定。经过现场实例验证，在深部弹塑性地层钻进时，可以采取比常规设计稍低的泥浆密度，即能保持井壁稳定，又可以减少地层伤害。     

某矿山巷道围岩的三维非线性稳定分析

通过有限元计算,对矿山巷道的主巷道和穿脉巷道进行了三维非线性稳定分析.从总体上来看,巷道周围的位移和应力都是随着巷道埋深的增加而增加的:主巷道和矿岩中的穿脉巷道都出现了不同程度的塑性区,其塑性区的范围也随着巷道埋深的增加而不断加大;巷道周围的主要各点处都出现了不同程度的应力集中现象,其应力集中的程度也越趋严重;应力的分布出现了分层过渡现象,其应力值也逐渐变大,巷道之间的相互影响十分明显.对砂岩的穿脉巷道进行稳定性分析时发现由于其岩石性能本身较差,巷道的围岩稳定性较差,需要在支护设计中重点考虑.     

基于Mohr-Coulomb准则寒区隧道围岩应力弹塑性解析

随着西部开发建设速度的急剧增长,寒区隧道工程建设逐渐增多,冻胀力及围岩应力大小对寒区隧道结构产生的影响越来越突出。针对这一突出问题,基于弹性理论拉密解及复变理论,结合Mohr-Coulomb屈服准则,确定了围岩塑性区范围,并推导了冻胀力及围岩应力的弹塑性显式解析解。通过算例分析得到:当0°≤θ≤45°时,冻胀力的存在致使围岩塑性区迅速扩展;而当45°≤θ≤90°时,冻胀力的存在却限制了围岩塑性区的发展。其研究成果对寒区隧道工程建设具有良好的参考价值。     

埋置结构动力相互作用问题的半解析元法

本文讨论了应用于埋置结构的土体-结构-流体联合系统动力相互作用问题的半解析元法。本法可以实际应用于工程中的内流体-结构-外土体系统、上流体-下土体-结构系统、内流体-结构-外流体系统,经计算分析了大型地下储液罐的系统自振特性、瞬态突加载荷和相应静力结果,并讨论了单元、项数的收敛性与精度,流体、土体介质对结构的动力特性效应以及无限介质等各种物理现象,研究结果充分说明了半解析元法解决复杂耦合与场域问题的有效性。     

坝肩节理岩体稳定的三维弹塑性断裂有限元分析

本文根据节理岩体的力学特征提出了适用于节理岩体的弹塑性断裂模型。该模型可以反映断续节理在荷载作用下的断裂扩展、贯穿、以及屈服破坏过程;既考虑了三维非正交节理的作用,也考虑了节理面粗糙对节理强度和变形的影响。本文据此编制了三维有限元程序,并应用于某实际工程的拱坝坝肩岩体稳定性分析。本文叙述了此计算分析获得的坝肩节理岩体应力、变形、节理的扩展和屈服范围及坝肩安全度等诸方面的结果,并示出计算分析与模型试验结果的对比。     

软弱围岩段隧道施工过程中围岩位移的三维弹塑性数值模拟

以渝黔二期工程笔架山隧道埋深最大的软弱围岩段实体建模，应用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性数值模拟，从而得出该段某一指定横断面上各点围岩沉降及水平位移随开挖过程的变化规律和数值大小。计算结果表明：对沉降和水平位移影响最大的是在指定段前后各3m的范围内，约占其总量的2／3，而上台阶开挖的影响又明显大于下台阶开挖；在掌子面未开挖之前，围岩沉降和水平位移均已完成40％先右；从横断面上看，围岩位移比较明显的区域主要集中在距洞壁3～5m处。另外，现场实际量测拱顶下沉数据和拱腰水平收敛值与计算数据的相互比较表明，两者变化规律吻合较好。     

锚固围岩承载能力的弹塑性理论分析

为分析锚杆支护的效果,建立了圆形巷道锚杆支护分析的力学模型,考虑了锚杆支护预紧力的作用。利用该模型分析表明,提高锚杆支护预紧力,对减小围岩的强度损失,提高锚杆支护的效果,有着重要的作用。     

K8型半刚性节点网壳的弹塑性稳定分析

通过在ANSYS中数值模拟得到的节点弯矩—转角曲线对K8型半刚性螺栓球结点网壳进行了稳定性分析,通过定量的参数分析,较为全面地掌握了半刚性节点单层球面网壳的稳定性能。     

三维主应力条件下隧道应变软化围岩弹塑性解

为探究隧道在三维主应力作用下的围岩应变及位移,将塑性区内相等的径向应力增量划分为有限个相同数量的同心圆环,通过平衡微分方程和差分进化算法,利用三维H-B屈服准则确定每一环的应力。基于求解的应力和相关联流动法则可以获得塑性区的塑性应变及位移。将计算结果与有限元软件的数值模拟结果进行对比验证其可靠性。结果表明,笔者所建立的三维主应力条件下隧道应变软化围岩弹塑性解是一种可以同时求解3个主应力及位移数值解的新方法,且与数值模拟结果拟合良好,证明了该方法的可靠性与准确性。相对于二维平面应变假设,该方法更好地考虑了岩体三维主应力状态下的应力应变关系,对复杂岩层条件下的隧道围岩稳定性分析具有重要参考价值。     

复杂岩基三维弹塑性分析

本文首先阐述了复杂岩基三维弹塑性分析的意义。其次根据塑性理论选用了适合于混凝土、岩石一类介质以及岩基软弱结构面的本构关系,推导出相应的弹塑性矩阵,并简述了采用的求解非线性问题的方法。最后用笔者编制的程序ROCKY5计算了坝基中有软弱结构面的一个实例,并对其弹性解和弹塑解的位移、应力作了比较和分析。     

高层建筑三维弹塑性动力分析

为了计算在各种静动荷载以及单向,双向地震作用下复杂体形高层建筑非线性反应,本文提出了一种组合结构计算模型和算法。按本文方法研制了通用的计算机程序,利用这个程序可作常规的静动力分析,完成结构各部件的截面设计。然后根据实配钢筋,进行弹性或弹塑性动力分析。进行弹塑性动力分析时对于各类不同的单元,提供了不同的屈服准则。程序也适用于求解地基、基础与上部结构共同作用的动力反应问题。文中给出了实际工程算例。     

核电站取水隧洞围岩弹塑性理论分析

取水隧洞是压水堆核电站重要的组成部分,也是核电站安全运营的重要影响因素.采用经典的弹塑性理论,对拟采用的取水隧洞初步设计方案进行理论比选分析.计算获得的应力场、位移场及塑性区对最终方案的确定及后期的支护结构设计有一定的参考价值.     

圆形巷道围岩应变软化弹塑性分析

 岩土类材料广义上都呈应变软化力学行为,考虑峰后岩石应变软化过程中引起后继强度面收缩的特性,认为岩体在足够小的局部范围内材料特性保持不变,将后继破坏岩体分为多个塑性区,给出基于平面应变和Mohr- Coulomb准则的围岩准应变软化弹塑性应力解析式,并给出符合围岩后继强度和变形演变规律的各软化区半径求解方程组。洞室围岩变形特征曲线是地下工程支护设计的重要依据,考虑岩体破裂过程中变形参数不断劣化的特性,分析剪切模量劣化对围岩变形、软化半径及破裂半径的影响。最后通过算例对模型进行验证,计算结果可以对地下工程的优化支护设计及安全性评价提供理论依据。     

框架结构的三维地震弹塑性分析

利用弹塑性有限元理论和基于AutoCAD的二次开发结构分析软件NosaCad,引入变刚度梁单元和弹簧模型柱单元,建立框架结构空间三维杆系模型,并分别在双向地震波和单向地震波作用下的框架结构进行了弹塑性反应时程分析,得到了结构的自振周期、各层层间位移角和顶层水平位移曲线,并对两组结果进行比较。通过对框架结构的计算,得到框架结构在地震作用下结构的薄弱环节。     

深部圆形巷道破裂围岩的弹塑性分析

随着大量煤矿矿井开采深度的增加，在高围压的作用下，巷道围岩普遍出现破裂，而且围岩破裂范围在扩大的同时，往往出现继续破坏的现象。针对长的圆形巷道，将巷道围岩分成破裂区、塑性区和弹性区，采用Mohr-Coulomb准则，进行非关联弹塑性分析，获得其应力和变形的封闭解析解。通过利用在弹塑交界处应力连续的条件以及在破裂和塑性交界处径向应变连续的条件，获得确定围岩破裂区和塑性区半径的解析式。最后，给出一个算例，分析其破裂区和塑性区应力、应变的分布特点以及破裂区范围的影响。利用所获得的结果，可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供理论依据。     

西龙池抽水蓄能电站地下厂房围岩稳定三维非线性分析

 采用三维非线性有限元对层状各向异性岩体中洞群围岩稳定性进行了分析论证。通过多种方案计算和比较,论证了大型洞室参数、支护型式优化、支护参数优化以及开挖方式的合理性, 为工程设计提供了可靠的依据。