位移函数法回归初始地应力与围岩稳定分析

摘要

随着地下空间技术的迅速发展,地下工程不仅数量越来越多,而且规模趋向大型化,同时埋藏深度越来越大.因此,地下洞室的围岩稳定性问题就变得尤为突出.合理解决该问题的关键因素之一就是分析研究和深入认识初始地应力场.古典压力理论、散体理论等传统理论已经不能满足工程建设的需要.随之而来的是考虑支护与围岩共同作用的非线性理论和方法.这些理论和方法一般都以数值分析为手段,以实测地应力资料为基础,能模拟复杂的地质条件、洞室形状及支护措施,从而为地下洞室围岩稳定性评价和支护设计提供重要的参考依据.该文采用了适用于地下洞室有限元计算的三维地应力回归分析的位移函数法.根据宣兴铜官山抽水蓄能电站地下厂房区的地应力实测资料,运用位移函数法理论,采用三维非线性有限元计算方法,反演出施加在厂房区边界上的位移场,借助ANSYS有限元分析软件,获取模型边界节点的坐标信息,然后通过ANSYS软件的载荷函数将边界位移程序化施加到模型边界上,最后得到整个区域的初始地应力场,结果表明回归后的地应力值与实测值接近,为地下工程的施工设计提供了重要的资料.最后运用非线性有限元对厂房开挖后围岩的应力重分布和塑性开展区的分布作了分析,评价了厂房的围岩稳定性,其结果与实际开挖情况基本吻合,针对围岩稳定性评价的结果,提出了锚固方案,运用等效概化原理考虑锚杆的作用,建立了采用系统锚杆加固后的地下厂房围岩的三维弹塑性模型,运用非线性有限元分析了加固效果,结果表明锚固作用明显,围岩变形明显减小,围岩内的应力状态大为改善,从而验证了该文所采用的研究思想和方法是切实可行性的.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2研究的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4论文主要内容及所做的工作

第二章地下洞室围岩稳定性的影响因素与破坏类型和判据

2.1概述

2.2影响地下洞室围岩稳定性的因素

2.3围岩破坏类型和判据

2.4本章小结

第三章地下洞室围岩稳定性的非线性有限元分析

3.1概述

3.2围岩结构及等效变形参数

3.3围岩的屈服准则

3.4流动法则和硬化定律

3.5围岩弹塑性本构模型

3.6非线性方程组的求解

3.7本章小结

第四章位移函数法的原理及具体实现

4.1位移函数法的基本原理

4.2位移函数法的实现

4.3本章小结

第五章工程区初始地应力非线性有限元的实现

5.1概述

5.2工程区的地质概况

5.3工程区始地应力场的有限元模拟

5.4结果分析

5.5本章小结

第六章地下厂房围岩稳定性分析

6.1引言

6.2地下洞室应力分析中的载荷计算

6.3地下厂房围岩稳定性分析

6.4地下厂房围岩锚固分析

6.5本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢