深部巷道围岩分区破裂数值模拟研究

摘要

近年来，随着地下工程的持续发展和深部地下岩体力学特性研究的不断深化，在深部地下工程中岩石特有的破坏现象日益被世界各地的学者和专家重视。在高地应力、高温度、大扰动的复杂环境下，深部岩体的破坏显现出一系列与浅部岩体破坏截然不同的形式，如岩石的分区破坏等现象。基于岩石细观构造的复杂性，这些现象目前难以进行定量描述。本文结合多位学者在深部岩体分区破裂化现象上的研究成果，在已有的研究基础上，使用FLAC3D数值模拟软件中的FISH语言结合C++语言开发程序，对岩石的分区破裂化现象进行数值模拟。本文的研究工作和相关结果如下:
　　(1)基于最大拉应力准则和应变能密度理论，使用C++和FISH语言对岩石分区破裂化现象的模拟程序进行开发，较好地完成了分区破裂化现象在数值模拟软件中的实现。
　　(2)通过计算程序，结合他人的现场模型试验结果，对马蹄形、圆形、城门洞形巷道围岩的破坏形态进行了模拟计算，得到的破裂区和非破裂区的宽度和数量与现场模型试验成果有较好的一致性，并验证了分区破坏的范围与洞形及硐室尺寸之间的相关性。
　　(3)分析了包含初始加载方式、围岩卸荷速率、岩石剪胀角的因素对于分区破裂化的影响。证明了初始最大主应力平行于巷道轴向，使围岩在径向产生拉应变是分区破裂化现象产生的重要条件，并直观得到破裂带数目和位置与围岩卸荷速率之间的相关性，且岩石的剪胀角对于分区破裂化现象除破裂区的延展性外无明显影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 分区破裂化现象的研究现状和发展趋势

1．2．1 国外该领域的一些研究和进展

1．2．1 国内的研究现状和进展

1．2．3 数值模拟的研究现状

1．3 本文主要研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 数值实验基本原理及计算方案

2．1 数值模拟实验研究背景

2．2 弹性损伤本构方程

2．3 岩体破裂的能量耗散理论

2．3．1 岩体破裂与能量耗散

2．3．2 应变能密度理论

2．4 FLAC3D程序介绍

2．5 分区破裂在FLAC3D中的实现过程

第3章 不同洞形围岩破裂现象探讨

3．1 引言

3．2 马蹄形巷道围岩破裂模式研究

3．2．1 模型现场模拟试验工况与结果

3．2．2 数值模拟计算

3．3 圆形巷道围岩破裂模式研究

3．3．1 模型试验工况与结果

3．3．2 数值模拟计算

3．4 城门洞形巷道围岩破裂模式研究

3．4．1 模型试验工况与结果

3．4．2 数值模拟计算

3．5 本章小结

第4章 深部围岩分区破裂影响因素研究

4．1 引言

4．2 不同加载方式对分区破裂化模拟的影响

4．2．1 数值模拟计算

4．2．2 模拟结果分析

4．3 不同的卸荷速率对分区破裂化模拟的影响

4．3．1 数值模拟计算

4．3．2 模拟结果分析

4．4 不同剪胀角对分区破裂化模拟的影响

4．4．1 数值模拟计算

4．4．2 模拟结果分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢