一组节理的岩体中开挖圆形洞室应力重分布的数值模拟

以往在研究洞室开挖引起围岩的应力重分布时,多从均质连续的角度出发来研究受力条件和洞室形状对围岩应力分布的影响.但近年来研究表明岩体应力的分布是受岩体结构及岩体特征所控制的.而工程岩体中普遍存在着大规模的结构面或其他软弱裂隙面,这些结构面在很大的程度上影响着围岩的应力重分布.文章试图运用离散单元法数值模拟分析了一组节理结构面对洞室应力的重分布的影响规律.     

节理岩体圆形洞室岩爆过程的离散元分析与模拟

采用刚体离散单元法对节理岩体圆形洞室的岩爆过程进行了数值分析与模拟,并与有限元的数值分析结果,岩爆现场实测结果结果进行比较,相当一致。说明采用离散单元法对节理岩体洞室岩爆过程进行数值分析和数值模拟是可行的。     

应力波在一维节理岩体中传播规律的 试验研究与数值模拟

 在测定撞击载荷形式的基础上,通过试验研究应力波在一维节理岩体中的传播规律。分析完整岩体中各质点的振动形式以及不同形式的撞击载荷下对质点振动的影响,在完整岩体中质点的振动形式很有规律,其振动频率单一,且与一维岩柱的长度有关;分析结构面附近质点的振动特征,试验结果表明结构面附近质点振动有增强现象;还分析结构面组数对应力波传播衰减规律的影响,随着结构面组数的增加,质点振动衰减便快,应力波随距离的衰减也很明显。在块体离散元的基础上,研究多尺度离散元模型,并用它来模拟应力波在节理岩体中的传播规律,取得较好的效果,说明块体离散元适合模拟岩体中应力波的传播衰减规律。     

断续节理岩体随机模型三维离散元数值模拟

针对断续节理岩体提出了一种随机计算模型。在该模型中，假设结构面的形状为正方形，通过岩体结构面的统计分布函数模拟结构面的空间随机分布。给出了随机节理模型的实现方法，对该随机模型的算法可靠性进行了验证。通过单向加载模拟试验研究了节理岩体破坏强度与节理倾角及节理连通率等因素的关系，并与极限平衡条件推导的理论结果进行了比较，分析了数值模拟结果与极限平衡理论结果的异同性，进而验证了节理随机计算模型的可靠性。同时，研究了节理连通率与岩体等效弹性模量之间的影响关系，给出了二者的影响关系式。     

节理岩体蠕变特性的数值模拟研究

利用FLAC3D软件建立不同结构面角度的三维规则齿形结构面模型,进行不同应力水平条件下的结构面剪切蠕变试验.试验结果表明,不同剪应力级别下,试样的齿状突起物所发挥的作用并不相同,随着剪应力级别的增大,发挥抵抗作用的齿状突起物逐渐减少,起到抗剪作用的突起物越来越少.对于相同角度的结构面试件,当法向应力水平高时,剪切蠕变变形大,剪切应力加载的级数明显增加;对不同角度的结构面,在相同的试验条件下,角度越大,剪切蠕变变形越小,结构面角度较大的试样剪应力加载的级数也更多.     

基于MARC软件的岩体节理裂缝数值模拟

在地下洞室的数值模拟计算分析中,研究的对象主要是岩体,研究方法很多,而有限元方法在实践中是使用最为广泛的,简析了裂缝模拟的基本原理,使用有限元分析程序MARC模拟裂缝,分析裂缝存在时对洞室结构的各种影响.     

开挖扰动下高应力岩体的能量演化与应力重分布规律研究

为揭示深部灾害发生机理,探讨各因素对开挖扰动效应的影响机制,利用离散元PFC软件建立不同原岩应力状态及不同开挖断面下的开挖模型。通过显式计算得到不同情形下高应力岩体在开挖扰动中的动能释放曲线,并以曲线峰值及最终稳定值,分别作为评判开挖扰动程度及开挖系统稳定性的能量指标,利用该组指标分析表明在原岩应力接近静水压力状态、采用圆形断面开挖时扰动效应最小;通过进一步分析,得到不同开挖断面及不同原岩应力状态下高应力岩体应力重分布的一般规律,并以开挖卸载的角度重视应力重分布这一过程,最终揭示了原岩应力状态及开挖断面几何形态对应力重分布的影响机制。     

偶应力理论的层状岩体洞室数值模拟

传统的等效连续介质理论忽略了梯度应力的影响,未能很好地解释岩体工程中出现的弯曲变形及破坏现象。而引进偶应力及弯曲曲率的Cosserat介质理论考虑了弯曲效应对介质变形特性的影响。首先对基于平面应变问题的Cosserat介质理论以及扩展模型的弹性本构方程进行介绍,再利用快速拉格朗日法FLAC软件对地下洞室工程数值模拟,并将Cosserat法与增设节理单元法进行结果对比。模拟结果不仅能较好地显示层状岩体的弯曲变形,也证明了Cosserat介质扩展模型的有效性和优越性。     

非线性节理模型对应力波传播影响的数值分析

 为验证离散元软件UDEC模拟P波在含有一组非线性节理岩体中传播的有效性,采用UDEC中内置的非线性节理模型计算2个算例,并与已有的理论结果进行对比,吻合较好。其次,从角度和间距2个方面讨论对称交叉节理对应力波传播规律的影响。结果发现,与平行节理相比,相同角度和间距下交叉节理对应力波的衰减作用更大,夹角越大,透射系数越小,间距对透射系数的影响与平行节理有相似的趋势。最后,对P波在含有交叉节理区域的岩体中的传播规律的影响因素进行参数分析,分析的参数包括节理与应力波传播方向的夹角?,2组节理的夹角?,2组平行节理间距S1,S2以及区域宽度L等。结果表明,?与?对透射系数的影响存在区间性。交叉节理的间距对P波的传播影响与平行节理有类似的规律。此外,随着节理区域宽度的增加,透射系数大幅度减小后,减小速度变缓,采用反比例程式对结果进行拟合,结果较好。     

节理岩体变形参数数值模拟试验研究

通过获得岩石和结构面的物理力学参数,建立岩块和结构面的概化模型,运用三维有限元程序对不同岩块和结构面组合成的岩体模型进行数值模拟试验,从而得到不连续面的不同组合岩体变形参数的影响和变化规律。     

软质岩体中浅埋隧道开挖支护的数值模拟

根据实际工程 ,选择典型断面 ,应用FLAC有限差分程序对隧道建立二维平面模型 ,对隧道的分步开挖进行了数值计算。结果表明 ,浅埋隧道应早支护、短开挖 ,减小初期变形 ,着重加强拱顶沉降及底臌现象的处理     

节理岩体数值计算方法及其应用(一)：方法与讨论

叙述了工程岩体的典型破坏类型、发生条件和判断方法，简单介绍了针对节理岩体的数值计算方法发展过程、现状和特点，重点叙述了利用3DEC基本功能生成三维随机节理网络和节理力学参数的随机赋值方法。其中三维节理网络技术可以非常逼真地模拟现实条件下各种复杂形式的节理分布，甚至可以直接利用节理的地质编录资料在数值模型中生成确定位置上的确定性节理，在某种程度上一体化地实现了节理岩体的计算机模拟和数值计算，促进了不连续岩体、岩石计算方法在应用技术方面的发展。最后讨论了不连续力学数值计算技术的工程应用，指出了合理运用数值计算方法解决工程问题的一般原则。     

节理岩体隧道围岩稳定性离散元数值模拟

概述节理岩体特性及离散元法基本原理,结合实际工程,采用离散元软件UDEC对节理岩体隧道围岩稳定性进行分析,数值模拟结果与实际工程施工情况吻合良好。同时,基于计算结果及应力和能量判据,较为准确地对隧道工程岩爆进行预测。分析表明用UDEC进行富含节理岩体的隧道开挖数值模拟具有一定可行性。     

三维节理岩体计算模型的建立

面向三维岩体力学行为研究，给出了一种用于建立三维节理岩体数值计算模型的算法。同时，开发了相应的计算机软件。模型的建造中强调大型结构面或主结构面组的相对稳定性，及一些结构面组的统计特性。该计算模型主要适用于三维离散元分析     

节理岩体中洞室围岩大变形数值模拟及模型试验研究

根据节理岩体的特性，按弹簧块体理论模拟节理岩体中大型地下洞室开挖与锚杆支护的变形特征。同时，开展了开挖条件下节理围岩变形特性和锚固效应的模型试验研究，得到不同初始地应力场条件下，大型地下洞室分步开挖和锚杆支护的围岩力学行为的变化规律，数值计算结果和实测结果所反映的节理岩体围岩的运动规律基本一致。     

节理岩体表征单元体尺寸确定的数值模拟

从节理岩体表征单元体的力学意义出发,在通过对某物理试验结果进行模拟以验证RFPA程序模拟节理岩体强度及破裂模式具有适用性的基础上,提出一种基于RFPA数值模拟确定节理岩体表征单元体的方法。该方法基于蒙特卡洛法生成二维节理裂隙网格,实现节理裂隙的表征,将其导入岩石破裂过程分析软件中,分析节理岩体弹性模量和单轴抗压、抗拉强度的尺寸效应和各向异性,并据此确定了节理岩体的表征单元体尺寸。最后,针对某采场围岩节理面统计参数,分析讨论节理岩体的尺寸效应和各向异性,通过综合分析确定了节理岩体的弹性模量、抗压强度和抗拉强度等参数,并得出其表征单元体的尺度为6 m×6 m,这为后续的岩石力学研究奠定基础。     

数值模拟强夯法中应力波波形的影响

强夯法具有施工简便、效果明显和适应性广等优点,成为软弱地基加固的主要方法之一,在沿海地区的基础设施建设中应用广泛。为深入研究强夯法加固地基机理,认清相关规律,利用有限差分软件FLAC3D,以三角形波和正弦波代替夯锤与地基接触时产生的应力波,并对两种波形产生的能量传递进行模拟研究。研究表明：三角形波适宜在表层土质较坚硬的强夯加固,正弦波适宜在表层土质软土的强夯加固。     

层状岩体中洞室围岩层裂及破坏的数值模拟研究

非均质性是岩石类材料的基本特性,均质度的不同使得岩石表现出不同的力学特性和失效特征。基于RFPA?8程序,对层状岩体中洞室围岩的层裂及破坏进行了数值模拟,得到了层裂结构的层裂板厚度。同时,研究结果表明,对于岩石材料,其均质度对受压岩体内裂纹的演化具有重要意义。对于不同均质度范围,洞室围岩将表现出较高均质度的层裂破坏或较低均质度的局部弱化失效两种特点。     

剪力墙结构置换加固应力重分布

为深入揭示无支撑置换混凝土加固过程中剪力墙的受力变化规律,对某剪力墙住宅结构无支撑置换加固施工进行全过程监测。基于ABAQUS有限元分析软件,采用生死单元、等效升温以及添加场变量的方法实现剪力墙施工全过程模拟。结合施工监测数据及有限元模拟结果分析了置换剪力墙及与置换剪力墙相连的梁、楼板受力变化过程; 最后给出了考虑应力重分布后,无支撑分段置换墙体正截面受压承载力计算方法。结果表明:有限元模拟方法能有效模拟混凝土无支撑置换加固施工过程; 由于剪力墙分段拆除和置换,墙体出现了应力重分布现象,且应力重分布程度与墙体分段施工顺序有关; 应力重分布会引起墙体洞口处出现应力集中,但应力集中对加固效果的影响较小,同时还会影响与置换剪力墙相邻的连梁、楼板结构的受力,导致该处应力增加; 建议对剪力墙结构进行无支撑置换加固时,有必要通过分段优化设计和受压承载力复核控制应力重分布的影响。     

裂隙岩体水力行为的数值模拟研究

针对工程裂隙岩体的水力学特点,论文围绕二维混合介质模型,开展了水力介质模型的评价方法、混合介质模型流量守恒方程和系统水力耦合行为数值模拟方法的建立3方面的工作。混合介质模型视大规模工程裂隙岩体为不同水力性质的块体及块间空隙组成的系统,其中块体是作为等效连续介质来反映数量众多且级别低的结构面的总体水力贡献,块间空隙反映数量少但级别高的结构面的水力贡献。该模型的地质基础明确,可操作性强。为此,论文基于力学原理、等效原则和单个结构面的水力特征,建立了等效连续介质中的物理量;基于Cundall平均应力原理证明…