离散裂隙网络简化方法及其在隧道稳定性分析中应用

论文摘要

传统数值模拟通常将岩体作为连续介质材料处理,直接釆用材料力学中的连续介质力学来分析岩体力学问题。随着离散单元法分析软件的发展,节理岩体的非连续分析取得了重大进展。但是大尺度的三维节理岩体模拟依然存在节理数量巨大难以实现的问题。离散裂隙网络(DFN)提供了真实岩体节理的倾向,倾角,节理尺寸等几何特征的分布的一种统计近似建模方法。但是按照真实节理分布密度建立的模型依然复杂,因此节理数量的合理简化十分必要。本文根据研究区调查的节理发育特征,建立了三维随机离散裂隙网络岩体模型,研究了节理简化的方法并应用于岩质隧道工程的稳定性分析中。该方法为大尺度的三维离散元方法模拟研究提供了参考。本文主要的研究工作如下:(1)测量地表露头节理产状,统计研究区内节理裂隙几何参数。采用基于离散元方法的3DEC软件,利用三维离散裂隙网络方法建立了节理岩体模型。(2)在节理岩体模型中,使用不同最小节理尺寸简化岩体节理数量,分析不同简化尺寸下的节理密度及岩体力学性质的变化,提出了节理简化的合理尺寸。(3)基于矿区资料与高密度电法物探手段,调查研究区内采空区分布规律。采用节理简化的方法在3DEC软件中建立玉渡山隧道穿越采空区三维模型,并采用强度折减法分析采空区及隧道围岩体的稳定性。

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摘要

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第1章绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 岩体离散元模拟研究现状

1.2.2 离散裂隙网络模拟研究现状

1.2.3 强度折减法研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

第2章研究区工程地质概况

2.1 工程概况

2.2 研究区工程地质条件

2.2.1 气象水文

2.2.2 地形地貌

2.2.3 地层岩性

2.2.4 地质构造

2.3 采空区变形破坏特征调查

2.3.1 采空区地表变形特征

2.3.2 采空区空间分布规律

2.4 本章小结

第3章离散裂隙网络岩体简化研究

3.1 软件与三维离散裂隙网络原理

3.1.1 软件模拟计算原理

3.1.2 离散裂隙网络原理

3.2 模拟方法

3.2.1 模型建立

3.2.2 计算参数与边界条件

3.3 节理简化模拟步骤

3.4 离散裂隙网络岩体模拟结果与分析

3.4.1 岩体模型单轴压缩应力-应变曲线

3.4.2 岩体模型单轴试验峰值强度

3.4.3 岩体模型单轴压缩试验杨氏模量

3.5 本章小结

第4章岩体节理简化的工程尺度应用

4.1 模型概化

4.2 模型建立

4.2.1 模型范围

4.2.2 节理生成

4.3 边界条件与计算参数

4.3.1 边界条件及初始条件

4.3.2 模型计算参数

4.4 铁矿开采后稳定性分析

4.4.1 采空区变形特征

4.4.2 矿柱稳定性

4.5 本章小结

第5章研究区隧道稳定性分析

5.1 强度折减法原理

5.2 模拟方案设计

5.2.1 采空区回填与隧道开挖方案

5.2.2 监测点布置

5.3 采空区无回填条件下隧道无支护开挖

5.3.1 隧道与采空区变形

5.3.2 矿柱稳定性

5.4 采空区回填后隧道开挖未支护稳定性分析

5.4.1 隧道开挖模拟结果

5.4.2 不同折减系数下隧道的变形

5.5 采空区回填后衬砌支护隧道稳定性分析

5.5.1 隧道开挖围岩体变形

5.5.2 隧道衬砌变形与作用

5.6 本章小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 :攻读硕士学位期间所发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 叶懿尉

导师: 张彬

关键词: 离散元,离散裂隙网络,节理简化,隧道稳定性,强度折减法

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,公路与水路运输

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P631.3;U452.1

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001394

总页数: 81

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