低地应力区地下洞室开挖后围岩应力数值模拟

以西北地区某水利工程地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力进行了数值模拟研究,模拟出了低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力值及其分布规律.结果表明,低地应力区地下洞室开挖后洞室围岩形成应力集中现象,侧壁位置处产生的压应力值大于洞顶位置压应力值,且洞顶产生拉应力.该研究成果将有助于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理及其稳定性,对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

低地应力区地下洞室围岩变形量二维有限元数值模拟

以西北某市水利地下工程泄洪洞为例,在采用弹塑性二维有限元法对洞室围岩开挖后Ⅳ类围岩变形量进行数值模拟研究的基础上,总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏及其特征。     

大跨度近距离地下洞室群围岩应力分布研究

随着国民经济快速发展,地下空间开发与利用日益增多,且向着大跨度多洞室深部方向发展,因此以大跨度近距离地下洞室群为研究对象,研究其周围的应力分布具有代表性。在对其充分研究之前,总结目前研究现状,发现不足之处,为进一步探究打下基础。     

大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.     

大跨度、高边墙地下洞室围岩应力与变形研究方法探讨

大跨度、高边墙地下洞室围岩应力与变形问题,是判断围岩稳定程度、进行支护设计、指导工程安全施工、保证洞室长期安全运行的关键因素之一。由于岩体自身结构的复杂性以及影响围岩应力与变形的因素繁多,目前对于该问题仍未形成统一的理论,未得到合理圆满的解决。本文在总结前人研究成果的基础上,系统的探讨了不同方法的优点与不足,并在此基础上提出了大跨度、高边墙地下洞室围岩应力与变形研究的一些思路和建议。     

半煤岩巷围岩结构稳定性的数值模拟研究

针对半煤岩巷围岩结构特征研究其稳定性特点,得出了半煤岩巷不同围岩结构条件下的应力状态和变形特征,即围岩应力集中程度及其位置、巷道围岩变形的收敛规律和巷道围岩松动圈发育的结构特点。     

地下洞室围岩劈裂破坏判据及数值模拟研究

对地下洞室围岩劈裂破坏的形成机理和裂纹扩展演化模型进行探讨。根据断裂力学原理,考虑原裂纹对翼型裂纹的影响,推求压剪应力状态下翼型裂纹尖端的应力强度因子K Iwing演化方程。以金川三矿区为工程背景,根据实测的岩石力学相关参数和地质条件,数值模拟其围岩的劈裂破损区。当翼型裂纹应力强度因子K Iwing达到岩石的Ⅰ型断裂韧度KIC时,地下洞室围岩裂纹发生劈裂贯通的破坏判据,用FISH语言将劈裂破坏判据编程内嵌到FLAC3D中确定围岩的劈裂范围。研究结果表明:数值模拟结果可为地下工程的稳定性评价及支护设计提供参考。     

基于FLAC3D对围岩试件开挖卸荷效应的数值模拟研究

为了探明隧道围岩在开挖卸荷条件下的变形及破坏特性,本文运用FLAC^3D建立天然砂岩围岩试件模型,在维持其他条件不变以开挖内径和初始围压两个因素为变量模拟了围岩试件开挖卸荷的过程,获得了开挖内径和初始围压对围岩卸荷变形和破坏特性的影响规律。结果表明：随着开挖内径的增加,围岩试件内外侧的位移都逐渐增大,围岩试件中部慢慢呈现沿卸荷方向向内凸的趋势。初始围压越大,卸荷结束点越靠后,即卸荷前围压越大,卸荷释放的能量越大,需更多的卸荷步,变形就越大。     

深部矿井围岩应力变形的ANSYS数值模拟

针对矿井开发日益向地壳深处发展的现状,根据岩石力学和流变力学原理,分析了矿井在深部开采条件下开采深度和温度对围岩应力和变形的影响.采用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立二维模型并对某矿井进行了数值模拟,184号节点在1 500和2 000 m深度下,矿井岩石的应力分别为42和56 MPa,位移分别为1.18和1.57 m.结果表明:围岩的变形随时间的增加而增加,并且围岩的应力与变形随开采深度(温度)的增加而增加.     

连退线上带钢张应力横向分布的有限元仿真

为了获得带钢瓢曲发生的临界张力条件模型,建立抑制其产生的有效工艺措施,运用有限元中几何非线性屈曲计算方法,结合冲压领域的弹塑性屈曲理论,定量研究了退火炉内的七项关键因素--导向辊辊形、来料板形、带钢宽度、横向温差、焊缝位置、辊面摩擦系数和总张力--对带钢张应力横向分布的影响规律和作用机制. 仿真发现导向辊辊形、带钢厚度等对张应力横向分布影响最为显著,揭示了瓢曲行为与横向张应力分布的内在关系,为制定抑制"热瓢曲"提供了有效的技术思路,并取得了良好的现场控制效果.     

西北地区某市水利工程地下洞室围岩变形破坏研究

以西北地区某市水利工程地下洞室工程为例，依据洞室围岩位移监测资料，研究了地下洞室围岩变形破坏特点及其主要影响因素。研究结果认为地下洞室开挖后，顶拱围岩沉降量明显大于侧壁位移收敛量，并指出了影响区内地下洞室围岩变形破坏的主要因素表现在七个方面。该项研究将有助于进一步研究地下洞室围岩变形破坏机理，同时也有利于保障地下洞室工程顺利进行。     

基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究

岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素。潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象。以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议。研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因。     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近存在塑性屈服区.将裂隙岩体单元与锚索单元的节点完全重合,应用等效应变与降温法施加锚索单元的预应力,裂纹采用八节点等参单元退化后的奇异单元进行模拟,从应变角度出发,应用塑性区最短距离判据得到了不同锚固条件下含两条不同倾角共线裂纹的裂纹尖端附近的最短塑性区距离、裂纹的扩展方向、裂纹扩展后岩桥之间的有效距离等,并分析了裂隙岩体的锚固止裂机制.结果表明,预应力锚索加固对裂隙岩体的压缩效应远大于剪切效应.锚固条件下倾角为30°～60°的裂纹扩展后岩桥之间有效距离增大,锚固条件越好,裂纹尖端塑性区的最短距离越小,预应力锚索的加固止裂效果越明显.锚固附加应力场使得0°、90°裂纹附近岩体的正应力或侧向应力得到增加,锚固条件越好,裂纹尖端的塑性区最短距离越大,在进行锚固设计时,应合理布置锚固角.     

考虑偶应力的层状岩体地下洞室开挖模拟

利用能考虑偶应力的Cosserat介质理论，笔者分析了层状岩体变形破坏的机理，并基于Matlab编制了相应的计算程序。利用该程序，笔者对一个典型的陡倾角层状岩体中大型地下洞宣的开挖进行了计算，结果表明运用该方法是简便和有效的。     

金属尘化腐蚀层内应力的有限元模拟计算

通过低合金Cr5Mo在600 ℃,H2-CO混合气氛中的尘化腐蚀试验,得到碳在Cr5Mo中的扩散系数,在此基础上,利用大型有限元软件ABAQUS及其自编用户子程序(USDFLD,UEXPAN和UDIFF),开发了热-弹-塑-扩散耦合计算程序,对Cr5Mo尘化腐蚀层内应力进行了有限元模拟,并与不考虑扩散应力的内应力进行了比较.研究结果表明:Cr5Mo在尘化腐蚀过程中因碳的扩散而引起的扩散应力水平比较高;高应力区主要集中在腐蚀层表面和腐蚀层/基体界面处;扩散应力在最终的尘化腐蚀层内应力中占有相对比较大的比重,是导致腐蚀层开裂和剥落的重要原因之一.     

地下结构振动有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS,分析了地下结构在地震波的单双向激励及不同埋深情况下的动力响应的变化,得出结论和建议。     

地下工程突水的变形失稳机制与控稳优势层

地下工程常常面临突水灾害的威胁.除了采动破裂导致岩层阻水能力丧失外,剪应力集中区内结构面错动引起地下水的导升亦是突水发生的重要机制.围岩的层状特征和岩性差异,使得某些位置的软(硬)岩层成为控稳优势层.以突水系数等经验方法为参照,通过对优势层及其组合特征的分析,明确其有利或不利的控稳机制,可为突水防治提供更为科学、可靠的依据.图5,表2,参13.