基于破坏接近度的围岩稳定性分析及三维重构研究

论文摘要

近年来,随着我国地下空间开发利用的蓬勃发展,城市地铁隧道、公路铁路隧道、采矿工程隧道等项目日益增多。在这些项目建设的过程中,时常会出现因隧道开挖后围岩失稳而导致的塌方事故,因此如何对围岩进行稳定性评价、如何对围岩内部破坏形态的分布和发展规律进行直观地表达等问题具有重要的研究意义。本文在国家自然科学基金项目（No.51874112）“采动岩体破损力学行为演化与三维动态裂隙形态表征”资助下,基于Mohr-Coulomb准则推导出能对围岩稳定性进行定量评价的破坏接近度函数,并以FLAC3D与MATLAB软件为基础开发出针对岩石内部裂纹形态演化的三维重构功能,最后将以上两个成果在算例上进行展示。本文完成的主要研究成果和结论如下:（1）从岩石的破坏准则出发,推导出安全系数函数与破坏接近度函数两种评价围岩稳定性的公式,并通过数值模拟的比较分析,优选出破坏接近度函数。同时以破坏接近度参数FAI为标准,将围岩稳定性划分为四个分区,以定量地描述围岩的稳定性,为工程施工过程中确定开挖扰动区域与危险区域提供依据。（2）由于岩石的非均质性,而常规数值模拟中模型的力学参数大多为均质,为使数值模拟结果更加精确,以Weibull概率密度函数为基础,通过FISH语言编程对数值模型中各力学参数进行随机赋值,并通过对比分析表明采用该方法能较好地模拟岩石的非均质性。（3）通过FLAC3D及MATLAB等软件,实现对岩石内部裂纹损伤区三维形态演化规律的直观表现,并以单轴压缩数值模拟试验为算例,通过展示式样模型内部裂纹三维形态演化效果图并将其与典型的室内单轴压缩试验式样破坏形态进行对比,验证该方法的可行性（4）采用数值模拟手段再现隧道开挖过程中围岩的渐进破坏过程,并以破坏接近度函数为基础对围岩破坏区域进行三维重构,最后通过与现场实际破坏形态进行对比分析,验证以破坏接近度为基础对围岩进行稳定性评价的可行性与实用性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景与研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 围岩稳定性评估方法现状研究
•     1.2.2 破坏接近度研究现状
•     1.2.3 岩体内部裂纹三维重构研究现状
•   1.3 本文研究内容与思路
•     1.3.1 研究的主要内容
•     1.3.2 研究思路
• 第二章 基于Mohr-Coulomb准则的围岩稳定性理论分析
•   2.1 引言
•   2.2 屈服和破坏的概念
•   2.3 基于Mohr-Coulomb的安全系数函数
•     2.3.1 Mohr-Coulomb准则
•     2.3.2 破坏特征参数量化
•   2.4 基于Mohr-Coulomb的破坏接近度函数
•     2.4.1 基于Mohr-Coulomb的屈服接近度函数
•     2.4.2 破坏接近度定义
•     2.4.3 隧道围岩稳定性分区
•   2.5 安全系数函数与破坏接近度函数的效果对比
•     2.5.1 常规单轴试验模拟中的破坏分析
•   2.6 本章小结
• 第三章 围岩的参数优选与裂纹形态的三维重构
•   3.1 引言
•   3.2 岩石力学参数随机性赋值方法
•     3.2.1 岩石力学参数概率分布规律
•     3.2.2 Weibull概率分布模型
•     3.2.3 基于Weibull概率分布的力学参数赋值
•   3.3 裂纹损伤区三维形态重构与演化的实现
•     3.3.1 裂纹损伤区三维形态重构与演化原理
•     3.3.2 裂纹损伤区三维形态重构与演化效果
•   3.4 本章小结
• 第四章 破坏接近度及三维重构在隧道围岩安全中的应用
•   4.1 引言
•   4.2 工程概况
•   4.3 数值模型参数
•     4.3.1 模型建立
•     4.3.2 边界条件及计算方案
•     4.3.3 计算参数选取
•   4.4 Rm415隧洞开挖分析
•     4.4.1 应力场分布特征
•     4.4.2 位移场分布特征
•     4.4.3 破坏区分布特征
•   4.5 Rm417隧洞开挖分析
•     4.5.1 应力场分布特征
•     4.5.2 位移场分布特征
•     4.5.3 破坏区分布特征
•   4.6 隧道三维重构分析
•   4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果清单

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王峰

导师: 袁海平

关键词: 隧道工程,围岩稳定性评价,破坏接近度,三维裂纹形态

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 合肥工业大学

基金: 国家自然科学基金项目51874112,“采动岩体破损力学行为演化与三维动态裂隙形态表征”

分类号: TU45

总页数: 86

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