三峡地下电站围岩稳定分析及其变形预测研究

摘要

地下工程围岩体系是高度非线性复杂大系统，它与外界环境存在着物质和能量交换，是一个不断变化着的开放系统，并处在不可逆演化之中，非线性是围岩力学行为的本质特征。地下洞室围岩稳定问题的实质，是研究洞室开挖后，围岩内初始地应力的重分布问题，因此获得满足工程要求的初始地应力场是围岩稳定分析的前提。国内外许多学者对地下工程做了大量的理论和实践研究工作。在研究中，许多数值模拟计算模型被采用，计算结果表明了数值模拟的合理性。 本文基于ANSYS有限元仿真分析软件，首先研究了地下洞室的非线性有限元的弹塑性基本理论，明确了在弹塑性基本理论下材料的基本方程、本构关系和屈服准则，并重点探讨了该方法在地下洞室结构性态分析中的应用技术。在此基础上大量阅读已有的有关水利工程数值模拟方面的文章，结合三峡电站地下厂房工程，研究了有限元的建模技术，并探讨了在ANSYS软件中的具体实现方法。建立了三峡电站地下厂房工程三维有限元分析模型，计算了不同侧压系数下洞室的应力和位移，分析了围岩的结构性态，计算结果分析表明围岩是趋于稳定。预测了地下厂房关键部位个别典型测点的位移，位移预测结果是收敛的，围岩趋于稳定，与实际情况相符合。 本文的分析与研究都基于三峡电源电站地下厂房工程，有明确的工程实践背景。研究表明，岩体变形预测、地应力模拟结果都较符合客观事实。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和现实意义

1.2围岩稳定分析的研究方法

1.3本文主要研究工作

第二章地下厂房围岩稳定的非线性有限元分析

2.1地应力及其分布规律

2.2岩体的屈服准则与流动法则

2.3岩体弹塑性本构模型

2.4夹层单元的非线性本构模型[63]

2.5非线性方程组的求解

2.6位移边界条件与基本受力分析

2.7本章小结

第三章非线性有限元方法在ANSYS中的实现

3.1引言

3.2 ANSYS分析的三个主要步骤

3.3 ANSYS的非线性分析过程

3.4本章小结

第四章地下厂房围岩稳定三维有限元分析

4.1三峡电源电站工程概况

4.2三峡电源电站工程地下厂房地质条件

4.3三峡电源电站地下厂房监控系统

4.4地下洞室非线性三维有限元仿真模型

4.5基于时序分析法的地下洞室变形预测

4.6本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢