离散单元法在岩石隧道开挖中的应用研究

论文摘要

离散单元法是一种特别适用于模拟不连续介质(如节理岩体)的数值方法,在国外已广泛地应用于边坡稳定、隧道开挖及岩石动力学行为的模拟。但是由于缺乏较系统的研究,该方法在我国并未得到广泛的应用。本论文以锦屏水电枢纽前期控制性工程——锦屏辅助洞为工程依托,开展了离散单元程序UDEC在岩石隧道开挖中的应用研究。结合工程前期地质勘探资料和掌子面地质素描,成功地应用UDEC研究了节理岩体中隧道开挖引起的围岩变形规律,验证了离散单元法模拟节理岩体的优越性:通过与常用监测技术监测结果的对比分析,验证了巴塞特收敛系统监测隧道周边位移的可行性和有效性;采用UDEC分析了直眼掏槽机理,得出了分段装药掏槽爆破对于高抗拉强度岩石掏槽更有效的重要结论。利用离散单元程序UDEC的有限差分分析功能,探讨了几种常用岩爆防治方法释放围岩应力的作用机理,其研究成果为锦屏辅助洞岩爆防治提供了理论依据。此外,结合UDEC的应用经验,本文还归纳总结了离散单元程序UDEC应用的关键技术,对岩石隧道开挖中的推广应用具有重要意义。通过以上UDEC在岩石隧道开挖中的系统研究,探讨了离散单元法在岩石隧道开挖中的应用技术,旨在为离散单元法在我国的广泛应用奠定基础。同时本文的研究方法和研究成果可为今后本领域的研究提供有价值的借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究依托的工程背景
• 1.2.1 工程概况
• 1.2.2 不良工程地质
• 1.2.3 辅助洞设计
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 离散单元法理论的发展
• 1.3.2 离散单元法的应用
• 1.4 本研究的方法与主要内容
• 1.4.1 本研究的方法
• 1.4.2 本研究的主要内容
• 第2章 离散单元法的原理及其应用的关键技术
• 2.1 离散单元法的基本原理
• 2.2 UDEC软件及其功能
• 2.2.1 UDEC的基本特征
• 2.2.2 UDEC的功能优势
• 2.3 隧道工程中应用UDEC的关键技术
• 第3章 UDEC在节理岩体开挖变形分析中的应用
• 3.1 计算模型的建立及材料参数的确定
• 3.2 无支护条件下的隧道稳定性分析
• 3.3 支护结构模拟
• 3.4 巴塞特收敛系统在深埋特长隧道中的应用
• 3.4.1 巴塞特收敛系统
• 3.4.2 监测成果定性对比分析
• 3.5 小结
• 第4章 UDEC在爆破掏槽分析中的应用
• 4.1 计算模型的建立和计算参数的确定
• 4.1.1 计算模型的建立
• 4.1.2 爆破荷载的确定
• 4.2 爆破漏斗的离散元分析
• 4.3 全段装药掏槽与分段装药掏槽效果对比
• 4.4 空孔对提高掏槽效果的作用
• 4.5 直眼分段装药掏槽爆破设计
• 4.6 小结
• 第5章 UDEC在岩爆防治中的应用
• 5.1 锦屏辅助洞岩爆分级及规律
• 5.2 软化围岩法
• 5.3 开挖后洞壁钻孔应力释放法
• 5.4 超前应力解除爆破法
• 5.4.1 隧道轮廓外应力解除爆破数值模拟
• 5.4.2 超前应力解除爆破设计
• 5.5 小结
• 第6章 结论及认识
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作