基于块体单元法的裂隙岩体数值模拟及其应用

论文摘要

本文在详细介绍块体单元法理论的基础上,对其进行了改进和功能扩展。在位移模式中,不仅考虑块体的刚体位移,将块体的常应变也作为基本未知量,从而使计算能够考虑块体的弹塑性,增加了计算的精度;推导了分析温度场的块体单元法的有关方程和处理温度应力的公式;在块体的接触面内引入岩体粘弹塑性流变模型,来分析裂隙岩体的流变问题;建立了裂隙岩体变形与裂隙渗流耦合分析模型;为充分发挥块体元和有限元各自的优点,建立了有限元与块体元混合分析模型;采用离散的锚杆单元和引入壳单元,建立了喷锚岩体力学分析实用的块体单元法模型;并将这些理论应用于实际工程问题,利用基于块体单元法的极限分析,探讨了如地下洞室群、边坡、重力坝和拱坝及坝肩岩体等工程的稳定性问题,取得了不少对实际工程具有很好参考意义的成果。 本文在以下几个方面的工作有所创意: 在理论上,本文引入块体常应变来考虑块体的变形,能提高计算精度。推导了块体单元法求解温度场的支配方程及分析温度应力的有关公式,编制了考虑块体接触面材料非线性的块体单元法计算机程序。 就数值模拟裂隙岩体的流变时,在块体单元的接触面内引入Bingham流变模型,推到了有关公式,研制了计算机程序。 在工程应用方面,为发挥有限元与块体元各自的优点,建立了块体元与有限元混合分析的模型;为考虑地下水的作用,建立了块体单元法的裂隙渗流与岩体变形耦合分析的模型;在模拟锚喷支护时,引入壳单元建立实用的加固力学模型。对以上模型研制了计算机程序,算例表明是可行的。 在岩体工程稳定和安全度分析方面,研究了基于块体单元法的数值极限分析的方法,分析了边坡、重力坝、地下洞室围岩稳定等工程问题。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 裂隙岩体的工程特性及分析研究意义
• 1.2 裂隙岩体的分析研究方法及现状
• 1.3 裂隙岩体应力变形的数值方法
• 1.4 裂隙岩体稳定性分析方法和破坏判断准则
• 1.5 裂隙岩体数值模拟方法的应用和发展现状
• 1.6 本文的研究内容和思路
• 第二章 非线性块体单元法
• 2.1 引言
• 2.2 刚体位移模式的块体单元法
• 2.3 块体弹性变形的考虑
• 2.4 温度应力的分析
• 2.5 材料非线性考虑
• 2.6 溪洛渡水电站拱坝及坝肩岩体应力变形和稳定性评价
• 2.7 结语
• 第三章 基于块体单元法的岩体流变数值分析
• 3.1 引言
• 3.2 岩体流变特性及分析研究的方法
• 3.3 岩体常见流变本构模型
• 3.4 块体单元法中引入流变模型来分析岩体流变问题
• 3.5 工程算例
• 3.6 结语
• 第四章 基于块体单元法的地下工程分析
• 4.1 引言
• 4.2 围岩初始地应力场
• 4.3 开挖释放荷载的计算
• 4.4 有限元与块体元混合分析的模型
• 4.5 基于块体单元法的裂隙渗流与岩体变形祸合分析
• 4.6 支护系统的加固效果分析
• 4.7 瀑布沟水电站地下洞室群围岩应力、变形及稳定性分析
• 4.8 结语
• 第五章 工程结构的稳定性分析
• 5.1 稳定性分析方法
• 5.2 数值极限分析法
• 5.3 算例1-边坡
• 5.4 算例2-重力坝深层抗滑稳定分析
• 5.5 地下洞室围岩稳定分析
• 5.6 结语
• 第六章 结语
• 参考文献
• 论文期间发表的论文
• 致谢