冲击荷载作用下深埋洞室稳定性分析

建立了反映高应力状态下岩石材料塑性变形及损伤破坏的弹塑性损伤本构模型。通过ABAQUS显式有限元计算程序及其二次开发平台,使用FORTRAN语言编制本构计算程序,将本构模型导入ABAQUS计算软件当中。将本文提出的岩石材料弹塑性损伤本构模型应用于深埋地下洞室受冲击地压作用问题的计算分析。计算分析结果说明:在应力较低时,受冲击作用后的洞室围岩表现出明显的脆性开裂破坏特征;随着地应力水平的提高,围岩变形及承受冲击荷载的能力均明显变大,洞室在发生较大塑性变形后才出现整体性破坏。     

低地应力区碎裂结构围岩基本特征研究

以某市引水工程地下洞室围岩为例 ,采取试验样品若干件 ,分别做了围岩的平均化学成分与百分含量衍射以及电镜扫描分析 ,并得到了相应的结果。在此基础上 ,从成分和微观结构两方面入手 ,总结出低地应力区碎裂结构围岩组成与显微结构方面的特征和变化规律 ,初步探讨了低地应力区碎裂结构围岩微观变形特征 ,这为进一步研究低地应力区围岩宏观变形破坏及其稳定性等方面 ,将会起到重要的理论指导作用     

偏压条件下大型地下厂房围岩变形稳定性分析

根据下坂地水库协力波斯电站工程建设实际,在现场调查和电站区勘探、测试资料基础上深入分析地下厂房地质条件,建立了能够反映厂区地形地貌、岩体结构和地应力状态的三维数值模型。根据地应力实测资料反演拟合初始地应力场背景值,采用三维弹塑性有限差分法模拟了在偏压条件下地下厂房、主变室开挖过程中围岩变形和稳定性状况,揭示了各开挖阶段应力的集中部位和围岩潜在破坏部位,这对于工程具有重要的指导意义。     

澜沧江某电站左岸地下洞室群围岩稳定性的FLAC~(3D)分析

在岩体结构模型概化的基础上,采用FLAC3D数值分析方法,系统研究了澜沧江某大型水电站大跨度、高边墙地下洞室群开挖完成后围岩的二次应力场、变形场和塑性破坏区的变化特征。总结了地下洞室群围岩应力、变形和破坏区的分布特征和变化规律,为洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了基础资料和参考依据。     

重庆市浅埋地下洞室安全顶板厚度研究

本文在参考已有资料的基础上, 分析了重庆市浅埋地下洞室安全顶板厚度的影响因素。采用有限单元数值模拟法研究了地基与洞室相互作用下的破坏机制, 以及各影响因素对浅埋地下洞室安全顶板厚度的影响及相关变化规律, 并用逐步线性回归的方法得出了一个能综合考虑各影响因素的安全顶板厚度的预测模型。本文最后还分析了顶拱裂隙对安全顶板厚度的影响。     

水电站地下厂房大型岩体洞室的抗爆性能

通过大量的数值模拟试验,以洞室岩体和混凝土衬砌结构的损伤为指标,研究了水电站地下厂房这类大型岩体洞室在强地表爆破荷载作用下,洞室埋深、围岩岩体强度和地应力对洞室抗爆性能的影响。数值计算中,洞室岩体和混凝土衬砌均采用弹塑性损伤本构模型,同时考虑了几何非线性效应。研究结果表明:对于水电站地下厂房这类高边墙洞室,浅埋深洞室的抗爆性能较差,深埋深洞室的抗爆性能较强;岩体强度越高,洞室的抗爆性能越强;当地应力侧压因数λ1时,随地应力侧压因数的增大,洞室的抗爆性能显著下降。 更多还原     

锚杆支护方式对深埋洞室隔冲击效果影响的数值模拟研究

与浅埋洞室相比,随着埋深增加而产生的高地应力现象使深埋洞室安全性评价更加复杂。本研究在考虑地应力平衡的前提下,采用有限元与无限元相结合的方法,对冲击荷载作用下深埋洞室的锚杆支护方式进行了设计与优化。计算结果表明：在平衡初始地应力之后,Mises应力会随着锚杆长度、疏密程度的增加略有增长。当锚杆长度和疏密程度增至某一特定值时,洞室洞壁的位移和塑性应变将达到最小值,洞室围岩将达到相对安全状态。锚杆间隔布置下,长锚杆数量的增加将提高洞室围岩的安全性。当对洞室拱脚进行重点支护时,整个洞壁的位移均有所减小。     

基于地应力场加卸载的地下洞室稳定模型试验研究

加卸载响应比理论是研究非线性系统稳定的一种重要方法。本文分析了该理论的本质含义,研究了该理论在洞室稳定分析中存在的问题,提出了基于应力边界值即地应力场增减实现加卸载的方法。文中以某矿山巷道稳定研究作为工程背景,建立了相似材料平面应变模型。通过对顶部边界应力进行逐级加卸载,主要研究了拱顶竖向压力、拱顶沉降和声发射的响应特征。结果表明,当应力不太大时,拱顶竖向压力和拱顶沉降的加卸载响应比值接近1;当围岩接近破坏时,比值出现突然的增加,并伴随较大的波动。声发射能量和事件数虽未出现类似特征,但总体来说,随着荷载的增加,声发射呈现增加的趋势。     

黄河小浪底水利枢纽工程地下厂房洞室群块体介质力学模型实验──预应力锚索支护效果

本文采用块体介质力学模型试验方法，研究了地下洞室群围岩的受力特点，破坏形态和破坏机理；洞室围岩超载能力和开挖步序对围岩稳定性的影响；砂浆锚杆和预应力锚索的不同加固效果；验证喷锚支护设计方案的合理性。     

用反向渐进结构优化方法研究洞室支护优化

洞室开挖支护的优化是在铁路隧道、矿山开挖、水电站建设中经常面对的课题,特别是研究洞室开挖支护拓扑优化有着重要的意义。本文利用近年来发展的渐进优化方法(ESO)的概念,提出了反向ESO方法的迭代格式,建立了洞室开挖支护优化的准则及其敏感度,研究了均匀地基不同地应力条件使得开挖卸荷产生的总应变能最小的最优支护拓扑。结果证明了反向ESO方法的适用性,最优支护拓扑大致成椭圆或者圆形,其主轴方向与最大主应力主轴方向相同。     

基于逆向工程的三维复杂地质体精细建模及ADINA前处理在FLAC3D 建模中的应用

逆向工程技术作为一门新兴学科在复杂模型建模方面具有独特优势,并在许多领域得到了广泛的应用,在此基础上本文首次提出了基于逆向工程的三维复杂地质体精细建模技术,使得建立模型达到既“可视”又“可算”的目的。利用现行大型通用有限元仿真平台(ABAQUS,AD INA,ANSYS等)良好的网格划分功能且具有与CAD /CAM软件有着良好的接口这一优点,对模型进行网格划分,然后转换为FLAC^3D能够接受的格式,从而克服了FLAC^3D在前处理建模方面的不足。以AD INA为例对相应的接口程序开发过程进行了阐述,将上述技术方法应用于工程实例,取得了很好的效果。     

基于Surfer平台的FLAC3D 复杂三维地质建模研究

复杂三维地质体模型的建立一直是FLAC^3D软件前处理过程中的一个难题。因此,提出以Surfer软件为过渡平台,通过对地表及岩层分界面三维地质信息的提取、转换,并将Surfer输出的数据经由FLAC^3D软件内嵌的Fish语言编制的程序的二次转换,生成FLAC^3D软件可以直接读取的模型数据文件,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的快速、准确建立。同时结合工程实际,检验了该方法的可行性和仿真效果,结果表明,建模过程简捷、实用,可操作性强,是FLAC^3D软件前处理的一种新方法。     

地下爆炸气体输运的一种双孔隙度数学模型

考虑气体在压力驱动下的渗透、气体和岩体的热传导以及气体的扩散,建立了用于模拟地下爆炸气体输运的二维轴对称双孔隙度双渗透率数学模型,并编制了数值模拟程序;研究了参数在取值范围内变化对计算结果的影响。结果显示：泄漏到地表的气体随着裂隙区域圆心角的增大而先增大后减小,随裂隙渗透率的增大而增大,随介质孔隙度和孔隙渗透率的增大而减小。用该模型对一次砂砾岩中地下爆炸实验气体的泄漏行为进行了数值模拟。将数值模拟结果与气体泄漏实测结果进行对比,反推出当地介质的裂隙渗透率在4×10^-11 m2～5×10^-11 m2之间。利用反推得到的介质参数,可以对同类介质中地下爆炸气体泄漏行为进行预测。     

PFC2D平节理模型细观参数标定方法

细观参数的快速准确确定对PFC正确模拟岩石力学性能非常重要.目前,平节理模型细观参数的标定研究均未考虑对泊松比和压拉比有很大影响的黏结比例φb和影响岩石强度及裂纹产生难易程度的黏结强度变异系数Rsd这两个细观参数,且未考虑作为判断围岩损伤范围重要指标的宏观参数起裂强度σci在参数中新增φb,Rsd和σci,采用正交数值试验方法研究了平节理模型8个细观参数与岩石6个宏观参数之间的相关性,确定了各宏观参数与主要细观参数之间的拟合关系,并分析了宏细观参数间的趋势关系.在此基础上,提出了平节理模型细观参数的标定流程,然后根据片麻花岗岩物理试验的宏观力学参数确定了模型的细观参数并进行数值试验,模拟结果与物理试验结果基本吻合,说明标定流程可行.     

Mathematical modeling and parametric investigation of blood flow through a stenosis artery

In this study, a mathematical model is formulated to examine the blood flow through a cylindrical stenosed blood vessel. The stenosis disease is caused because of the abnormal narrowing of flow in the body. This narrowing causes serious health issues like heart attack and may decrease blood flow in the blood vessel. Mathematical modeling helps us analyze such issues. A mathematical model is considered in this study to explore the blood flow in a stenosis artery and is solved numerically with the finite difference method. The artery is an elastic cylindrical tube containing blood defined as a viscoelastic fluid. A complete parametric analysis has been done for the flow velocity to clarify the applicability of the defined problem. Moreover, the flow characteristics such as the impedance, the wall shear stress in the stenotic region, the shear stresses in the throat of the stenosis and at the critical stenosis height are discussed. The obtained results show that the intensity of the stenosis occurs mostly at the highest narrowing areas compared with all other areas of the vessel, which has a direct impact on the wall shear stress. It is also observed that the resistive impedance and wall shear pressure get the maximum values at the critical height of the stenosis.

     

水平应力对顶板跨落角的影响及应用

为得到水平应力对顶板垮落角的影响,进而确定高位抽采钻孔布孔参数,采用理论分析及相似材料模拟实验的方法进行了研究。首先依据基本顶断裂位置围岩结构力学模型,将顶板岩层假设为梁结构,得到单一岩梁在不同水平应力作用下的断裂线位置变化规律。然后将各岩梁的断裂线位置叠加组合,得到水平应力对垮落角发育的影响。为验证理论分析结果,以水平应力值为影响因素设计了三组不同水平应力值条件下的双向加载相似材料模拟实验,得到了不同水平应力值对应的垮落角。研究结果表明:顶板垮落角由各岩梁断裂线位置决定。地基系数较小时,断裂线与地基初始接触位置距离随水平应力的增加表现为先减小后增加,垮落角变化规律同样为先减小后增加,但减小不明显;当地基系数增加时,随水平应力增加,断裂线与地基初始接触位置的距离减小趋势逐渐消除,仅表现为增加趋势,垮落角变化同样表现为增加趋势。现场应用表明,采用双向加载模型得到的垮落角对钻孔布置参数进行优化,优化后钻场抽采浓度及高浓度抽采时间均得到提高。     

岩体随机结构面三维网络数值模型有效性检验

岩体随机不连续面三维网络模拟技术成熟与否的一个重要标志就是最终的网络模型是否能够较真实地再现岩体的实际情况 ,为了使三维网络模型的结果能够真正地应用于实际工程 ,就必须对模拟的结果进行必要的检验 ,检验的办法就是将模拟出的模型剖面图形与原型测量窗口的图形进行图形对比 ,或者将原型的观测数据与模型的测试数据进行数据对比 ,当这种检验达到精度时 ,模拟出的模型为有效模型 ,可以投入工程实际应用     

高瓦斯煤层冲击地压发生条件与影响因素

针对高瓦斯煤层冲击地压问题,用解析方法得到冲击地压发生条件,分析了主要影响因素对满足冲击地压发生条件的临界塑性区半径和临界应力的影响规律.结合五龙矿开采实际情况对影响高瓦斯煤层冲击地压的煤的模量比、煤层瓦斯孔隙压力、支护应力和内摩擦角4个因素做了对比分析.研究发现:高瓦斯煤层在巷道掘进面附近由于存在开挖面空间效应,掘进面前方尚未开挖的煤体对巷道变形起到了限制作用,减少了冲击地压的发生,随着掘进面向前推进,后方一定距离范围内的巷道支护应力增大.随着瓦斯解吸渗流的进行,巷道壁处孔隙压力降低,巷道冲击地压危险性明显提高,此时提高支护应力,冲击危险性有所降低.高瓦斯煤层巷道发生冲击地压的临界塑性区半径和临界应力随模量比、瓦斯孔隙压力的增大而快速减小,随支护应力的增大而增大,临界塑性区半径随内摩擦角的增大而增大,临界应力与内摩擦角不是单调函数关系,存在一个极小值点,当内摩擦角小于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而减小;当内摩擦角大于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而增大.     

岩石结构面直剪力学特征的颗粒流宏细观分析

目前，由于颗粒尺寸和位置随机分布而产生的粗糙度，导致在模拟过程中出现应力集中现象，从而无法利用PFC2D准确模拟岩石结构面的剪切力学行为。为了避免以上弊端，采用结构面两侧颗粒组接触判别法分别对倾角为20°和30°的三角形单锯齿结构面进行不同法向应力下的直剪模拟。模拟结果与物理试验结果基本吻合，表明此模拟方法可以真实模拟岩石结构面剪切力学行为。为了进一步验证此模拟方法在天然结构面模拟试验中的可行性，利用PFC2D对Barton标准十条节理轮廓线模型进行不同法向应力下的直剪试验，模拟结果与理论值吻合，表明模拟方法具有可行性，为剪切破坏过程和机理分析提供可靠的理论依据，为研究粗糙结构面强度特征提供了一种思路。