一、洞室围岩破坏机制及因素敏感性的有限元分析(论文文献综述)
吴钦[1](2021)在《动静载作用下地下洞室稳定性数值模拟研究》文中认为随着我国经济的发展与现代的城市建设的加快,地下空间的开发与利用得到前所未有的发展,各类不同规模的地下空间工程得以实施。抗爆安全防护设计是地下工程建设过程必须考虑的关键技术问题之一,如超当量炸药爆炸冲击作用(如钻地核弹爆炸)下地下工程围岩稳定性评价,既涉及到冲击波对地下岩体与支护结构的复杂动力作用过程,又涉及到地下工程开挖支护等静力施工作用历史的影响,是工程与学术界研究的热点与难点。建立全面考虑动静作用过程的地下洞室围岩稳定与支护结构安全分析方法迫在眉睫,本文采用精细有限元数值模拟,围绕如何快速开展动静荷载作用下地下洞室快速模拟分析、如何考虑静力与动力综合作用效应及动静荷载共同作用下地下洞室围岩稳定影响要素与不同支护结构作用效果,系统开展了对动静载作用地下洞室稳定性评价分析及抗爆支护设计的研究,取得如下研究成果:(1)基于Python语言进行ABAQUS二次开发,构建了能考虑洞室几何尺寸(洞型、大小)及模型无限元边界、洞室围岩特性、爆炸荷载特性、初始应力场、阻尼系数、开挖施工过程等要素的自动化建模方法,开发了能输出关键点力学变量响应的自动后处理方法,实现了智能化的动静载作用地下洞室围岩稳定的快速分析。(2)假定动静载作用下地下洞室的破坏是动力作用下的静力破损区持续劣化的结果,基于强度折减原理,构建了考虑静力作用历史效应的动力作用下地下洞室稳定性数值模拟方法,通过岩体破坏特征分析,提出了以塑性区面积增幅比和位移增幅比作为动静载作用下地下洞室围岩稳定判据的新方法。(3)系统研究了动静荷载作用下埋深、洞型、峰值荷载、围岩等级及侧压力系数对洞室稳定系数的影响,揭示了动静载作用下地下洞室稳定性与影响因素之间的定量关系。(4)开展了衬砌及预应力锚杆支护的抗爆性能研究,通过对两种支护形式抗爆特点的对比分析,发现衬砌更有利于限制洞室的振动响应,预应力锚杆更利于限制洞室的变形。进一步通过敏感性分析,研究表明:随着支护性状的改变,洞室围岩的动力响应在一定范围内有所减弱,围岩变形有所减小。(5)开展了预应力锚杆和衬砌支护条件下洞室抗爆性能进行了研究,结果表明:该支护结构在动静载作用下能够充分发挥各自的优势并能显着提升洞室的抗爆性能。在此基础上,结合夹芯泡沫复合衬砌材料对洞室抗爆支护性能的影响分析,提出一种新的抗爆支护结构并对其性能进行了验证。研究为动静载作用下地下洞室稳定性评价提出一种新的思路,丰富了地下洞室的抗爆支护设计的理论依据。
孙振宇[2](2020)在《隧道支护体系协同作用原理与设计方法》文中研究指明隧道支护体系是保证隧道围岩稳定性的基本要求,随着新奥法的提出和应用,以调动围岩承载为核心的支护设计理念已形成广泛共识。但由于我国隧道围岩条件差异性极大,针对具体工程设计中的支护时机选择、支护参数确定以及支护可靠性评价等问题尚存在诸多困惑,使得隧道工程的定量化设计步履维艰。一般而言,隧道支护体系由作为主体的围岩和超前支护、初期支护以及二次衬砌等人工支护结构组成,而目前对于各项支护作用的机理、目标和技术标准也不确定,尚存在诸多模糊认识,造成隧道设计理论远落后于工程实践。针对上述问题,本文从隧道支护的本质特征和宗旨出发,揭示隧道支护—围岩动态相互作用全过程演化机制,明确隧道围岩的支护需求及稳定性控制原则,进而对超前支护、初期支护和二次衬砌的作用机理进行系统研究,明确各支护结构的作用特点及适应性,最后提出隧道支护体系协同作用设计方法,主要开展工作与研究成果如下:(1)建立了隧道围岩变形破坏预测方法,揭示了隧道支护与围岩相互作用的全过程演化机制。针对以往支护—围岩相互作用多针对单一支护结构而无法反映隧道施工过程力学特性的问题,建立隧道围岩工程响应的预测方法,提出围岩自承载能力的虚拟支护力表征方式,并就其衰减规律和影响因素进行分析。通过对隧道围岩实测变形全过程曲线的统计分析,揭示隧道支护—围岩作用阶段性演化机制,明确各阶段所占比例与控制重点。明确隧道支护本质作用为调动围岩承载和协助围岩承载,其中调动围岩承载效率更高,应作为隧道支护设计的基本原则。(2)建立了超前支护的变形控制作用机理模型,提出了超前支护参数的优化确定方法。由于以往超前支护仅强调其防坍塌作用而无法满足隧道安全要求,阐明超前支护的控变形作用原理,并比较不同超前支护设计理念的变形控制效率,指出周边加固相比于正面加固效率更高。进而建立隧道超前支护变形控制机理模型,按照围岩塑性区的分布划分为不同分析工况,推导隧道围岩变形和塑性区半径的计算公式。在此基础上,对加固参数进行敏感性分析,并结合隧道围岩变形规律提出超前支护环向参数的优化确定方法和纵向范围的建议值。(3)明确了隧道初期支护的主承载作用,建立了隧道初期支护体系协同设计方法和评价体系。将隧道初期支护按其作用机制划分为锚固体系和表层初期支护,分别建立支护—围岩耦合作用机理模型,并对其进行全过程解析,阐明锚固体系的协同作用原理,据此分析不同支护方式的作用效果、适应性及其影响因素,提出支护选型和合理支护时机的确定方法。进一步将锚固体系视为对围岩的改良,建立隧道初期支护体系协同设计方法,并提出以围岩变形和协同度为指标的评价体系,实现初期支护的定量设计。(4)揭示了隧道复合支护结构协同作用机理,提出了二次衬砌安全储备系数的计算方法。明确二次衬砌作为安全储备的内涵和实现方式,建立复合支护结构与围岩相互作用模型并进行解析,得到复合支护结构不同空间位置处的受力、变形以及荷载分担比,并基于隧道长期安全提出复合支护结构有效协同作用的评价方法。进一步构建支护结构承载能力曲线,提出支护结构安全储备系数计算方法,为隧道服役安全提供保障。(5)阐明了隧道支护体系协同作用原理,建立了基于多目标优化的支护结构体系协同设计方法。基于隧道支护—围岩相互作用演化机制,将协同学原理引入隧道支护设计,构建隧道围岩协同支护系统,阐明该系统的组成部分、基本特征与研究层次。在此基础上,进一步分析隧道支护体系的协同作用机理,以围岩变形、支护受力和支护成本为设计目标,建立基于分组加权的目标函数隶属度表征方法,据此提出隧道支护体系协同优化设计方法,并在实际工程中进行应用。
傅立磊[3](2019)在《超浅埋软岩大断面隧道下穿既有交通路基变形控制技术研究》文中研究指明近年来,随着我国城镇化进程的快速推进,城市外来人口不断增加,交通量也急剧增加。为了缓解城市出行压力,路网系统不得不往地下空间发展,隧道工程的工况越来越多的出现在城市交通建设中。然而,隧道选线时为了方便人流出行并兼顾城市规划发展,同时受限于城市地形,常常需要跨越浅埋甚至超浅埋的软弱围岩地段。超浅埋隧道施工中,除保证自身施工稳定性外,在下穿既有城市道路、高速铁路、高楼大厦等构(建)筑物时,也需要严格控制路基和建筑物的沉降变形;且由于超浅埋条件下隧道与既有构筑物的距离较近,因此造成地面构筑物与地下隧道施工相互影响显着,对其影响机理急需更为深入的研究。基于以上研究背景,亟需对超浅埋软岩大断面下穿既有交通路基地表变形机理、下穿过程中洞室自身稳定性以及相关控制措施进行研究。本文以厦门某超浅埋软岩大断面隧道工程为工程背景,利用理论分析、数值模拟、模型试验以及现场数据测试等手段,对新建超浅埋大断面隧道下穿路基施工过程的路基与洞室变形机理及影响因素进行分析,并在此基础上提出了相应的控制措施以及控制标准,并在类似工程中得以应用。主要研究内容包括:(1)分析了下穿路基施工过程中,隧道围岩对路基变形敏感性,得出不同围岩参数下的路基及洞室的变形规律;(2)基于围岩压力计算原理,推算出软岩大断面隧道的超浅埋界定条件,分析了不同埋深下的路基以及洞室开挖的稳定性,并对相关路面沉降公式进行修正,得出符合工程条件的沉降计算公式;(3)分析了不同下穿角度、不同开挖工法下的路基以及洞室的变形规律,并给出相关优化建议;(4)在分析超前预加固必要性的基础上,给出类似工程的施工优化建议以及变形控制标准。通过以上研究,本文所得结论主要包括以下几个方面。(1)分析了不同围岩参数下的路基与隧道围岩变形规律,分析发现地层弹性模量、内摩擦角对路基以及隧道周边变形的影响较大,敏感性较强,而粘聚力的影响相对较小。(2)分析了不同埋深下的路基以及隧道围岩变形规律,发现超浅埋条件下,隧道开挖稳定性与埋深成正比,埋深越大,隧道开挖对地面的影响越小,但对支护的要求越高;因此,在超浅埋隧道施工设计时应尽量选择深埋,同时在路基下部拱顶以及拱脚处要注意及时施作初支。(3)考虑到埋深对地面路基的影响较大,对经典沉降计算公式进行修正,添加埋深影响因子,得出符合工程实际的路基沉降计算修正公式。(4)分析下穿角度与路基变形的关系,得出下穿角度对路基变形影响关键性因素为开挖隧道的竖向投影面积,投影面积越大,隧道开挖对路基的影响越大。(5)分析了全面法、CRD法、双侧壁导坑法施工条件下路基以及隧道围岩变形,认为超浅埋暗挖隧道在施工过程中上部存在既有路基时,采用CRD法和双侧壁导坑法施工时,上部路基沉降较小且比较稳定,而全断面开挖的影响较大,因此在围岩条件比较差的浅埋隧道施工中,不建议采用全断面进行施工,推荐采用分部开挖并加设临时支撑的CRD法、双侧壁导坑法。(6)分析了超前预加固前、后路基以及隧道围岩的变形规律,发现在未采用超前预加固的施工条件下,围岩与路基变形接近于施作超前预加固施工的1.5倍~2倍,均产生严重的路基与洞室变形,不利于施工稳定性。(7)统计类似工程沉降值与控制标准,在考虑保证路面平整度的条件下,超浅埋隧道下穿城市重要道路路基时,变形标准应控制于30mm以内。(8)将构建的超浅埋大断面隧道下穿路基变形优化建议用于厦门莲岳隧道下穿既有交通路基工程,在采用深埋、超前预加固、分部开挖、地面沉降预测等控制方法下,有效地控制了路基与隧道变形,说明本文所得结论具有一定的工程适用性;但由于选线限制,下穿路基与隧道平行,因此造成厦门莲岳隧道的路基变形量较研究区偏大。
庄端阳[4](2019)在《开挖作用下大型地下水封石油洞库的渗流通道识别与稳定性研究》文中指出大型地下水封石油洞库兼具大储量、高安全性、强应急能力、低造价、节约土地资源等优点,是目前国际上石油(气)等能源储存的主要方式之一。由于地下水封石油洞库通过在地下水位以下一定深度开挖大型洞室,采用天然地下水和人工水幕系统的水封作用将油品封存在洞室内,所以洞库围岩渗流和稳定性是其建设过程中面临的基础科学问题。在强卸荷开挖作用下,洞库围岩易发生地下水渗漏和围岩失稳等问题,这些问题本质上是呈级序分布的不同尺度破坏相互耦合作用,并在洞库围岩上的串级显现的结果。本文从大型地下水封石油洞库围岩变形破坏的多尺度特性出发,集成洞库围岩节理数字摄影测量、RFPA(Rock Failure Process Analysis)数值试验和工程数值仿真的优势,提出一种大型地下水封石油洞库多尺度等效力学分析方法。同时,基于地下水封石油洞库微震监测,研究开挖过程中的洞库围岩微破裂时空分布特征,圈定和识别开挖作用下洞库围岩优势渗流通道,揭示开挖作用下洞库围岩失稳机理及其前兆规律,为地下水封石油洞库渗漏和失稳灾害的分析预警提供理论依据和技术支撑。本文主要完成内容有如下几个方面:(1)借助数字摄影测量和节理网络模拟技术,确定锦州某地下水封石油洞库围岩节理产状的分布概型及其概率分布特征参数,建立洞库围岩三维随机节理网络。采用RFPA数值试验方法,反分析洞库围岩细观力学参数。在此基础上,结合宏观节理网络模型,开展不同尺寸节理岩体数值试验,研究节理岩体力学参数的尺寸效应,获取节理岩体REV及其等效力学参数。基于岩体宏一细观等效原理,考虑岩石细观非均匀和宏观节理随机分布特征,提出了一种洞库围岩多尺度等效力学分析方法,实现对洞库围岩力学响应的多尺度等效数值仿真分析。(2)依托锦州某地下水封石油洞库工程,采用期望误差估计与主动触发测试相结合的方法优化微震传感器空间阵列。在此基础上成功构建了国内首套地下水封石油洞库施工微震监测系统,所构建的微震系统平均定位精度达到7.5 m,实现了对强卸荷开挖作用下的洞库围岩微破裂信息进行24小时连续监测。揭示了开挖过程中洞库围岩微破裂的时空分布规律,建立了围岩微震活动性与开挖施工之间的响应关系,确定了锦州某地下水封洞库储油洞室爆破开挖影响区范围达到120m,与经验公式法确定的爆破影响区范围基本一致。(3)突破传统以水位、水量等表观信息为依据进行洞库地下水渗漏分析的思路,着眼于围岩微破裂的连通特性及其扩展趋势,提出了基于微震监测的地下水封石油洞库围岩优势渗流通道三维实时识别方法。采用新生破裂面矩张量分析方法,获取开挖作用下围岩新生微破裂产状,基于图论模型和图的优先遍历方法,根据洞库渗流场数值模拟得到的围岩孔隙水压力的高低设置优势渗流通道的搜索优先级,查明开挖作用下围岩新生微破裂的空间连通性,圈定和识别了研究区域内的5条优势渗流通道,并通过水幕孔供水数据及现场踏勘验证了优势渗流通道方法的有效性。(4)基于岩石破坏过程中的能量耗散原理,讨论了开挖卸荷作用下大型地下水封石油洞库围岩能量转化形式及其演化规律,揭示了开挖卸荷作用下洞库围岩的能量积聚、释放和转移现象(3E现象),论证了采用微震能量分析洞库围岩能量演化及其稳定性的可行性。根据微震能量密度的演化特征,追踪开挖过程中围岩的3E现象,圈定洞库围岩的危险区域,并结合基于多尺度等效力学方法的围岩应力和变形分析,探究了洞库围岩的开挖稳定性,指出了累积视体积快速增长且微震能量密度显着增加的现象是洞室围岩失稳的前兆特征,为建立大型地下水封石油洞库稳定性的监测预警体系奠定基础。
李冬冬[5](2018)在《地下厂房岩锚梁岩壁围岩与锚杆支护宏细观特性研究》文中指出无论是我国全面建设小康社会新时期还是“一带一路”经济区建设需要,都促使交通、市政、能源、国防等领域的水利与岩土地下工程建设进入新的阶段。地下厂房安全稳定问题关系到国内外众多大型工程项目的安全运行,而岩锚梁作为地下厂房重要结构,因直接承受吊车荷载、岩壁局部变形较大、受力特性复杂等特点,关系到地下厂房开挖及运行期的整体安全稳定性。目前针对岩锚梁结构力学特性的研究整体偏于经验参考和基于宏观分析计算方法,对于岩壁围岩细观损伤过程、锚杆支护作用细观机理以及薄弱结构面细观受力特性等研究还不充分,有必要引入新的模型与算法、从新的视角对这些问题进行研究和探讨,同时可为实际工程提供理论支持。本文围绕地下厂房岩锚梁岩壁围岩与锚杆支护宏细观特性的关键问题,首先基于有限单元法、从宏观力学角度研究了岩锚梁在不同爆破参数下、不同开挖工况下以及不同支护条件下的围岩变形与损伤特征、吊车梁运行安全系数以及锚杆受力分布规律;为进一步研究岩锚梁结构在地下厂房开挖和运行期的细观受力特性,通过引入基于颗粒流PFC程序的离散元分析法、PFC-FLAC离散-连续耦合分析法,以及本文提出的改进颗粒流声发射片模拟方法,揭示了岩壁围岩细观损伤累积与损伤深度判别、全长粘结锚杆支护主动变形围岩细观作用机理、薄弱接触面局部细观破坏特征等宏细观力学特性,主要研究内容如下:(1)进行了地下厂房岩锚梁岩壁爆破开挖精细化控制研究。在实际工程要求岩锚梁岩壁精细化开挖的基础之上,提出了地下厂房岩锚梁三维有限元模型建立与分析方法,推导了岩壁爆破开挖荷载计算及有限元迭代计算方法,研究了不同爆破参数下爆破开挖荷载对吊车梁岩壁围岩受力与破坏特性的影响,结果表明岩锚梁局部岩壁围岩对爆破参数取值十分敏感,应注意避免爆破对岩壁附近围岩的扰动及破坏;建立了合理的岩锚梁超挖模型并分析了岩锚梁安全性评价指标,结果显示超挖工况下地下厂房运行期岩锚梁岩壁围岩破坏范围增大、变形量增加,承载能力降低、接触面安全系数减小,不利于形成合理受力变形特征及保证稳定安全运行,因此为避免岩锚梁岩壁不良开挖现象、保证岩台按设计成型,必须对岩壁爆破开挖设计进行精细化控制。(2)研究了地下厂房岩锚梁涂沥青锚杆支护特性。为了改善地下厂房岩锚梁岩壁浅层围岩应力集中现象,增大岩锚梁及其岩壁围岩的整体安全性,地下厂房施工过程中将吊车梁附近围岩1.5~2m范围内的上排斜拉锚杆涂裹沥青,锚杆与围岩局部脱离使得应力传递至围岩深部。针对地下厂房岩锚梁上排受拉锚杆涂沥青工艺,提出了一种在地下厂房岩锚梁有限元模型中生成沥青单元的方法:根据岩锚梁体型与吊车梁锚杆走向划分局部单元网格,建立地下厂房洞室群有限元模型;在上排斜拉涂沥青锚杆穿过的单元内生成新的节点,根据八节点六面体单元点-线-面基本关系,重新生成新的有限元模型;采用隐式杆单元法模拟涂沥青锚杆,隐式柱单元法模拟普通锚杆,将采用涂沥青锚杆与不采用涂沥青锚杆的孟底沟水电站地下厂房岩锚梁有限元模型进行对比分析与计算,有效模拟了锚杆涂沥青段岩壁围岩破坏区减少、应力集中现象减弱、围岩整体承载能力增强以及锚杆应力沿杆长趋于均匀化分布的受力特性。(3)提出了岩石与锚杆材料的离散颗粒模型数值仿真方法,探讨了基于离散元颗粒流PFC程序的介质变形、受力、损伤判别及破坏过程的细观力学描述手段,包括颗粒间接触力链与介质宏观受力特性的关系、颗粒模型微裂纹发育记录和声发射特性的关系、颗粒模型墙体伺服与介质宏观应力的关系等,并应用于岩石无侧限压缩试验、直接拉伸试验、不同围压下三轴压缩试验以及粘结锚杆拉拔试验等的离散颗粒模型数值试验研究,分析了岩石破坏过程中微裂纹扩展形态和声发射特性以及拉拔锚杆细观受力特征,从细观力学角度探索了有效的岩石和锚杆材料颗粒离散元模拟方法并得以成功运用。(4)基于PFC-FLAC离散-连续耦合计算方法,研究了围岩主动变形条件下全长粘结锚杆细观支护特性。针对单独采用离散元颗粒流PFC程序无法适用于地下厂房洞室开挖与支护工程尺度的问题,通过引入PFC-FLAC离散-连续耦合计算方法将求解区域划分为两个子区域,在FLAC程序中建立有限差分单元连续模型用于维持边界地应力值,同时在PFC程序中建立相应尺寸的地下洞室开挖颗粒流模型;经基于FISH语言二次开发的数据传输设计,两程序中的连续模型和离散颗粒模型可以进行有效数据交换和连续耦合计算,FLAC耦合边界与PFC墙体保持了良好的变形一致性和应力等价性。将其用于开挖面围岩主动变形情况下的全长粘结锚杆支护机理研究,从细观力学角度分析了开挖边界围岩维持自平衡的压力环机制、锚杆支护围岩“中性点”特征和围岩-锚杆联合承载细观作用机理。结果表明锚杆支护使得开挖边界围岩压力环厚度降低,但单根压接触力链量值升高并交织在锚杆周围,锚杆颗粒间平行粘结力远大于围岩颗粒平行粘结力,从细观角度良好呈现了锚杆-围岩联合承载机制;通过颗粒变形特征可知锚杆支护下靠近开挖边界的颗粒向临空面的变形大于锚杆变形,远离开挖边界的深部围岩颗粒向临空面的变形小于锚杆变形,两者变形相等的地方锚杆颗粒间接触力最大,直观体现了锚杆在地下洞室围岩支护过程中的“中性点”特征;开挖前后临空面附近围岩的颗粒孔隙率下降百分比较无锚杆支护工况显着降低,体现了锚杆为改善开挖引起的围岩松动效应所发挥的重要作用。(5)基于改进的PFC颗粒流声发射片模拟方法,研究了地下厂房岩锚梁局部细观受力与破坏特性。针对基于经典PFC-FLAC离散-连续耦合计算方法的PFC颗粒流声发射片技术在地下厂房洞室大变形或应力集中部位不能进行稳定耦合计算的问题,提出了一种基于FLAC模型耦合区域节点速率双线性插值的改进PFC颗粒流声发射片模拟方法:在FLAC程序中进行大型地下洞室分期开挖与支护过程模拟,同时建立与洞室重点关注部位单元节点享有共同坐标的PFC颗粒流声发射片模型,颗粒速度依据双线性插值隶属于FLAC耦合区域节点速度,能够容许耦合区域的任意变形并满足PFC颗粒、PFC墙体和FLAC耦合边界三者之间同步运动。经某地下洞室分期开挖算例验证,可知浅层围岩内颗粒接触力链紊乱且出现空洞,伴随大量微裂纹发育并逐渐汇合成两道明显的“X,”型宏观裂隙带,深部围岩内只发育少量微裂纹;随着开挖的进行剪裂纹占微裂纹总数百分比越来越大,促使围岩呈现出延-塑性破坏特征;锚杆和衬砌支护可显着降低微裂纹发育即围岩损伤程度。说明该方法良好适用于地下洞室局部细观力学特性分析,并将其应用于孟底沟水电站地下厂房岩锚梁岩壁围岩局部受力、变形与破坏特性研究中,提出了基于声发射片微裂纹发育特征的围岩破坏区深度判别方法,结果与有限元分析结果相一致并弥补了后者围岩破坏显示方法单一、尤其难以描述围岩损伤程度变化的缺点,表明上述方法在描述开挖面围岩损伤问题时具有明显优越性;同时用于研究吊车梁岩壁围岩参数劣化和吊车超载情况下吊车梁与围岩接触面问题,从其变形趋势、细观接触力链形态、微裂纹发育类别与宏观裂隙特征等多个宏-细观角度再现了竖直与倾斜接触面将分别产生拉裂破坏与剪切破坏的力学响应过程。
张雯[6](2018)在《全尾砂胶结充填材料微宏观特性及协同支护机理研究》文中研究表明地下矿山大规模开采造成大面积空区和尾砂废弃物堆积,诱发地质灾害与环境破坏,严重制约我国矿产资源可持续开发利用及矿业健康发展。充填法将固体废弃物充填于地下,借以达到支撑围岩,防止地表沉陷的目的,起到保护环境和提高矿石利用率的双重作用。目前,开发低成本和高强度的充填胶凝材料,实现尾砂等固体废弃物胶结充填,解决大规模连续开采空区失稳破坏支护难题,是井下充填主攻方向,也是实现矿产资源绿色开采和可持续发展亟待研究的关键技术。本文综合采用理论分析、室内实验、数值模拟以及现场监测等手段与方法,研究全尾砂新型胶结充填材料微宏观特性,建立上向分层充填体强度模型,提出充填体、围岩与点柱协同支护理论,实现充填体与围岩、矿柱之间的相互匹配,为大规模充填开采空区安全稳定控制提供技术支持。主要研究工作和结论如下:(1)通过对不同灰砂配比、不同龄期全尾砂胶结充填材料微观结构特征和宏观力学特性进行测试,定量揭示出充填材料孔隙形态特征和不同条件下充填体强度随微观结构特征变化规律:灰砂配比降低,孔隙度增大、均一化程度降低、孔隙形状变得狭长、复杂程度增加、有序性及材料密实度减弱,充填体强度降低;龄期延长,孔隙度降低、平均孔隙面积减小、微孔隙比例增加、孔隙形状更加圆滑、复杂程度降低、定向性增强,充填体强度增大。(2)通过不同配比充填材料抗压强度实验,从宏观角度研究了全尾砂胶结充填体强度与料浆浓度、灰砂配比及龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析:充填体强度与三因素存在一定的非线性函数关系,对三者的敏感性程度为:灰砂配比>龄期>料浆浓度;构建了关于多尺度影响因素(从微观到宏观)的优于BP神经网络及多项式回归的高精度GA-SVR充填体强度预测模型;将分层充填体分为胶结层和下部尾砂充填体两部分,分别建立了胶结层和矿体倾斜阶段内尾砂充填体力学模型,推导出胶结层及下部尾砂充填体强度计算公式,可根据空区内不同的充填强度要求优化充填配比。(3)基于复变函数法,推导出上向分层充填开采空区围岩应力计算公式,揭示出充填高度变化,工作面移动空区围岩变形破坏规律;提出回采空间移动理论,应用数值模拟技术系统地分析了充填高度不断上升,单一和三联跨采场围岩变形规律及其不同的破坏形式:单一采场底板底臌量、顶板下沉量及拉应力不断减小,两帮向内鼓起量逐渐增大,空区角部区域应力集中降低,稳定性提高;三联跨空区存在“群效应”,位移先增大后减小,变形最大时刻出现在充填回采前期,最危险部位则是回采区域的中间部位,需重点关注;并提出相应的围岩稳定性控制技术:顶板支护、矿柱减跨、充填体参数设计、两帮加固、卸压开采。(4)从围岩、充填体、点柱支护机理出发,建立大尺寸空区围岩-充填体-点柱协同支护系统,理论分析与数值模拟相结合,揭示出支护单元间的交互影响规律和协同支护机理,提出上向分层充填开采空区阶段性失稳判据。围岩-充填体-点柱支护系统各支护单元间并不是简单的叠加支护,合理的设计可使各单元取长补短,实现强度、刚度及材料互补协同,改善支护系统整体性能,达到协调围岩变形、保障大规模开采空区安全稳定的目的。(5)考虑水平矿柱顶底部均受到充填体的协同作用,建立充填体中不规则水平矿柱力学分析模型,基于接触单元应用FEM进行水平矿柱安全厚度求解,获得水平矿柱厚度与第一主应力、下沉挠度之间的函数关系:水平矿柱第一主应力与下沉挠度最大值均随矿柱厚度的增加遵循幂函数递减规律;基于最大拉应力准则,确定充填开采环境下水平矿柱的安全厚度,计算结果更贴合工程实际。(6)将创新优化后的点柱式充填采矿工艺与协同控制技术应用于矿山开采实例,采用GPS监测技术与FLAC3D数值模拟软件建立了充填开采地表移动监测体系及数值预测模型,开展了大规模充填开采地表移动变形规律研究:急倾斜矿体充填开采地表变形具有非对称性,损害位置集中、损坏范围不易扩展等非连续变形特点;基于层次分析法AHP,建立了大规模充填开采地表沉陷防控技术可靠性评价体系,获得矿山充填开采可靠性评分80.3534,较可靠;提出提高地表沉陷防控技术可靠性的合理化建议:优化充填工艺及充填配比,适当提高灰砂比和料浆浓度,做到随采随充,实时对充填各参数进行监测监控。
周浩[7](2017)在《地下洞室围岩与支护结构联合地震动响应数值模拟》文中指出随着我国水电建设事业的不断深入发展,在水能资源丰富的西南地区,规划和兴建了众多大型水电站,受高山峡谷地形的限制,电站发电厂房只能采用地下厂房形式,进而形成了大量的水电站地下洞室群。同时这些大型水电站集中的西南地区是我国的地震高烈度带,一旦发生较大震级的地震,势必会给这些地下洞室群的安全稳定带来严重威胁。地下洞室群的抗震稳定情况与水电站正常运行和人员生命安全息息相关,为此受到广泛关注,研究意义重大。但是,目前对于地下洞室地震响应问题仍缺乏系统性的研究,因此,研究水电站地下洞室围岩与支护结构联合地震响应分析方法具有重大的现实意义,有利于为实际工程提供智力支持。本文围绕水电站地下洞室围岩与支护结构联合地震响应分析中的几个关键问题进行了的研究和探讨,具体内容如下:(1)研究了地下洞室三维动力有限元基本分析方法,并初步开发了相应的地下洞室动力有限元计算程序。采用局部阻尼形式考虑阻尼影响,建立了综合考虑率相关、塑性变形、疲劳损伤三种动力特性影响的岩石类材料三维弹塑性本构关系,基于粘弹性、自由场人工边界理论和地下洞室地震波动场的分布特征来处理计算模型的边界,采用滤波、基线校正以及幅值折减多种手段对实测地震波进行前处理,并以位移和速度形式来完成地震波的输入,最后采用变步长的显式中心差分法求解系统运动方程。通过振动台试验数值模拟与振动台试验结果对比、基于工程实例的本文程序动力计算成果与成熟商业软件Flac3d动力计算成果对比两种方法,验证了动力计算程序的正确性。(2)研究了全长粘结式锚杆与围岩的相互作用机理,建立了粘结式锚杆的复杂锚固单元以及同时考虑锚杆物理加固和力学约束效应的力学分析模型。针对锚杆的物理加固效应,采用计算锚杆单元附加刚度矩阵、提高加锚复合岩体力学参数两种方法分别在隐式、显示有限元求解中模拟锚杆的刚度加固;针对锚杆的力学约束效应,基于锚杆中性点理论,推导了锚固体单元在复杂破坏情况下的荷载传递基本微分方程,将方程求解获得的锚固体轴向剪应力作为支护反力作用于岩体,来反映锚杆的力学约束效应。综合形成了锚杆支护计算方法,将锚杆算法程序实现并嵌入到初步开发的动力计算程序中,从并行计算、锚杆分段优化以及锚杆受力多时步间隔求解三个方面对锚杆算法进行高效优化,形成了基于动力显式有限元的围岩与锚杆相互作用高效分析方法。通过锚杆拉拔试验数值仿真、地下洞室静力开挖、动力响应计算三个算例验证了锚杆动力高效分析方法的合理有效性。(3)建立了地下洞室围岩与衬砌动力联合作用分析模型。通过查阅节理剪切试验资料,总结出接触面“磨损”、“剪断”两种剪切破坏形态,并提出了考虑粘结特性和不同剪切破坏机制的接触面峰值抗剪强度公式;针对地震作用下接触面抗剪性能的震动劣化特性,推导了接触面震动劣化系数的数学表达式;综合形成了地震作用下围岩与衬砌接触面考虑界面粘结特性、剪切破坏机制以及地震动态劣化效应的复杂抗剪强度公式。同时,基于地震作用下地下洞室围岩与衬砌接触面的接触特点,提出了考虑界面复杂抗剪强度的接触面动力算法。将接触面复杂抗剪强度公式与接触面动力算法耦合,建立了围岩与衬砌结构动力联合作用分析模型,将该模型程序实现并嵌入初步开发的动力计算程序中,形成了地下洞室围岩与衬砌结构动力联合承载分析方法。以映秀湾水电站地下厂房为工程实例,对地震作用下地下厂房衬砌结构的震损情况进行了数值模拟,通过数值分析与震后调查的成果对比,验证了本文围岩与衬砌动力联合承载分析方法的合理有效性。(4)将提出的锚杆、衬砌支护动力分析方法和地下洞室三维动力有限元基本分析方法相结合,形成了系统完整的地下洞室围岩与支护结构联合地震动响应数值分析方法,通过程序耦合集成,构建了相应的数值分析平台。针对地震作用下地下洞室围岩稳定评价问题,提出了基于洞室监测点相对位移动力影响系数、围岩单元损伤系数的洞室围岩局部稳定评判指标;同时基于拟静力法和拉剪强度同步折减原理,提出了地震作用下地下洞室群整体相对稳定评判的安全系数法。计算分析了洞室围岩抗震支护效果对锚杆、衬砌支护参数变化的敏感性,成果表明锚杆的支护效果要好于衬砌,地震作用下锚杆、衬砌均存在合理支护参数,基于此探讨了地下洞室围岩抗震支护的优化设计;其次计算分析了“固结灌浆加固围岩”、“柔性垫层”两种措施对衬砌结构的减震效果,提出了围岩加固、厂房下部衬砌采用柔性垫层的地下厂房衬砌结构减震理念。(5)将构建的地下洞室围岩与支护结构联合地震动响应数值分析平台运用于黄登水电站地下洞室群工程实例地震时程计算,分析了地下洞室围岩与支护结构的地震响应特性,并评价了地下洞室群围岩的抗震稳定性。结果表明,地震作用下黄登地下洞室群的整体稳定性从定性角度而言,相对较好,但局部区域围岩破坏程度较大,可能发生局部失稳,需重点关注。地震过程中,不同部位的锚杆受力情况主要表现为三种形式:循环波动、震荡增长、累积增长;地震完成后,地下厂房洞室锚杆仅有少数锚杆应力达到屈服极限,其他部位锚杆应力量值较小,具有较大的安全裕度。采用关键点相对位移动力影响系数和单元损伤系数两种方法对洞周围岩的局部稳定性进行评判,获得的围岩局部松动失稳情况基本一致,且与围岩破坏区、位移地震响应特性相吻合,验证了两种评判指标的可行性;采用拉剪强度同步折减的原理,计算了开挖、地震两种工况下地下洞室整体安全系数,通过两个工况下安全系数的对比,说明了地震作用对地下洞室群整体稳定性的影响,同时表征了地震作用下地下洞室群的整体安全裕度。
谭义欣[8](2016)在《基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析》文中指出进入21世纪以来,我国的水能资源开发正处于前所未有的高速建设时期,众多水电站处于在建或待建状态。而其中的大型或特大型水电站由于受到地形限制和其他因素的影响,必须采用地下厂房的布置方式,因而将产生相应的地下洞室。大型地下洞室通常规模巨大、空间分布复杂、洞室所赋存的地质条件也很复杂。加之洞室开挖是一种不可逆行为,发生破坏后无法恢复重建。因此,研究大型地下洞室的围岩稳定性分析方法,为实际工程提供可靠的理论支持,有利于保障大型地下工程长期运行的安全稳定性,具有重大的社会意义和巨大的经济效益。本文以意大利Pont Ventoux水力发电站的Venaus中央洞室为工程背景,在总结前人实测地质资料及岩体各项试验资料的基础上,获取围岩及初始地应力等相关重要参数。采用ABAQUS有限元软件提供的Mohr-Coulomb屈服模型,针对该硬岩地下洞室开挖后的动态变化过程进行了围岩稳定性数值模拟分析。在控制材料参数相同的情况下分别建立了二维加固、二维未加固、三维加固、三维未加固四种不同条件下的模型。主要分析了洞室开挖诱发的塑性区、应力、位移的分布特征,以及各支护构件的轴向荷载分布特征这四项评价指标。首先通过对比相同维度条件下加固与未加固之间评价指标的差异,分析了加固系统对围岩稳定的作用;其次分析了不同开挖阶段对三维洞室模型的围岩塑性区、主应力的分布的影响,得到围岩塑性区及应力的动态发展趋势;重点对围岩拱顶中心竖向位移进行了分析,得到分步开挖时各个不同开挖步对拱顶中心竖向位移的影响;然后将加固条件下的二维模型与三维模型在塑性区、最小主应力和竖向位移这三个方面进行对比,得到维度不同的情况下模拟结果的差异;再将四种模型模拟计算出的拱顶内部竖向位移与钻孔多点位移计的实际监测位移进行对比,进一步验证了数值模拟结果的可靠性。最后基于加固条件下的二维平面模型,采用参数变化的区间分析法,对围岩参数敏感性进行计算分析,得到各个参数对工程中具有代表性的评价指标的敏感程度。并区分出影响计算结果的主要敏感性参数和次要敏感性参数,对于类似工程围岩参数的选取具有一定的指导意义。
胡安奎[9](2016)在《大型地下洞室群施工期围岩稳定动态反馈控制研究 ——以黄登水电站地下洞室群为例》文中研究说明由于受各种复杂天然地质状况等诸多未知因素的影响,水利水电大型地下洞室群施工为当今地下工程中最复杂的系统工程,地下洞室群工程问题成为一项极其复杂、高度不确定性且动态变化的系统问题。由于围岩失稳导致的工程事故时有发生,大型地下洞室群施工期围岩稳定性反馈分析与控制已成为函待解决的研究课题。本文以黄登水电站地下洞室群工程为背景,开展了大型地下厂房洞室群施工期围岩稳定动态反馈控制分析方法的研究,建立了由初始地应力场二步优化反演算法、围岩力学参数动态识别、不良地质段围岩稳定性实时馈控分析及基于施工全过程的地下洞室群动态安全信息模型的建立等组成的科学、实用的施工期动态反馈控制分析流程,重点研究和总结了各部分的相关方法和技术问题。主要研究内容及成果如下:(1)建立了科学、实用的大型地下洞室群施工期动态反馈控制分析流程,包括如下步骤:初始地应力场获取→前一期开挖完成后围岩力学行为评价→当前期开挖完成后基础信息及围岩力学行为复核→当前期开挖过程中不良地质段动态调控→当前期开挖完成后围岩稳定性评价→当前期地下洞室群围岩力学参数识别→下一期开挖围岩力学行为预测与安全评价→闭环反馈,直至地下洞室群全部施工完成为止,地下洞室群施工期动态反馈控制结束。(2)提出了一种三维地应力场二步优化算法,并耦合数值仿真技术对黄登水电站地下洞室群工程区域地应力场进行了反演,揭示了工程所在区域的三维地应力场分布特征,可清楚地明确初始地应力形成的主导成因,且在反演精度及反演效率上都体现出其明显的优势。(3)充分考虑岩体开挖卸荷、支护加固及新地质出露等多因素的综合影响,将时间因素全面引入地下洞室群围岩力学参数的动态数值计算,建立了地下洞室群施工期围岩力学参数动态识别分析方法,实现了几何参数、力学参数与施工信息动态更新之间的耦合,并揭示了围岩力学参数时空特性演化特征。(4)基于黄登水电站地下洞室群主厂房区域新揭露的不良地质段,耦合施工现场围岩破坏模式识别、监测信息的反馈分析及地下洞室群数值仿真分析等技术手段,建立了不良地质段围岩稳定性动态馈控分析方法体系。(5)考虑施工过程的施工进度信息、地质信息、支护信息的动态映射,建立了基于施工全过程的地下洞室群动态安全信息模型,实现了黄登水电站地下洞室群监测信息可视化管理、施工面貌与洞室安全状态的动态耦合可视化展示以及施工信息随施工进度的动态更新。
李文倩[10](2017)在《大型地下洞室群地震安全评价与对策研究》文中认为大型水电工程地下洞室群常处于地质条件复杂且地震烈度高的高山峡谷地带,进行大型地下洞室群地震安全评价与对策研究对防御减轻地震灾害、保护人民生命财产安全具有重要的理论及现实意义。目前地下洞室地震安全评价研究中多针对位移或应力等单一指标,缺乏从多指标综合角度进行地下洞室群地震安全评价研究;同时目前地震灾害对策研究多针对城市、道路交通等领域,缺乏地下洞室群地震灾害对策分析研究。本文针对地下洞室群地震安全评价与对策研究中存在的不足,融合水电工程三维精细地质建模方法、数值模拟分析方法、安全评价理论及地震应急管理等多个交叉学科的先进理论与方法,开展大型地下洞室群地震安全评价及地震灾害对策研究。其中,地下洞室群地震灾害基础信息分析模型研究为地下洞室群地震安全评价与对策研究提供基础信息数据,地下洞室群地震安全影响因素数值模拟与围岩参数敏感性分析则为地下洞室群地震安全评价与对策研究提供力学分析数据。研究主要取得了如下成果:(1)综合分析工程信息、三维模型信息及地震信息,建立地下洞室群地震灾害评价基础信息分析模型。大型地下洞室群地震安全评价与对策研究所需的信息繁多,如何进行有效地信息处理与分析是地下洞室群地震安全评价首先考虑问题。基于工程基础信息进行了具有复杂地质构造的三维地下洞室群地质建模,并结合地震波的选取原则与处理流程建立了地下洞室群地震灾害评价基础信息分析模型。建立的分析模型从工程信息、三维建模及信息处理与地震信息等方面,全面系统的对地下洞室群地震安全评价所需信息与模型进行了科学有效的分析,为地下洞室群地震安全评价及对策研究的科学分析提供了数据保障与研究基础。(2)考虑复杂地质构造对大型地下洞室群地震安全稳定性影响,建立地下洞室块体周边接触面动力抗滑模型,研究地下洞室群地震安全影响因素的作用机制。地下洞室群周边存在复杂的地层、断层、软弱夹层及大量节理裂隙,导致岩体结构面与洞室临空面相互交切形成形状各异、方向不同、大小不一的曲面块体,其是地震作用下地下洞室结构容易失稳的薄弱环节,很大程度上决定了地下洞室的破坏特点和安全程度。本文首先考虑块体周边接触中具有的摩擦与黏结特性、洞室周边断层特性及块体位于洞室断面的位置等因素对地下洞室地震安全的影响,进行多种安全影响因素作用下地下洞室与曲面块体结构的动态响应特性数值模拟。其次,由于曲面块体与周边岩体界面上存在黏结作用而非完全失效,因此建立了地下洞室块体周边接触面动力抗滑模型,分析了修正抗滑模型中黏结特性影响因素对单块体、I类相邻块体与II类相邻块体的安全稳定性影响,并探讨了修正抗滑模型中摩擦与黏结参数变化对块体结构的响应规律。(3)基于Garson算法与PaD2法进行了地震作用下地下洞室群围岩稳定参数的局部与全局敏感性分析,确定关键参数及各参数敏感性排序。目前,水利工程领域的敏感性分析大多集中于边坡、地基等方面,少有的地下洞室敏感性分析则多采用基于数理统计的局部敏感性研究,缺乏洞室地震安全稳定性的全局敏感性分析。本文针对现有研究不足,基于BP神经网络采用Garson算法实现围岩参数的局部敏感性分析,根据地下洞室及块体特征点的安全稳定性指标,研究围岩密度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等参数的敏感性影响程度。在充分考虑局部敏感性前提下,选用PaD2法研究两个因素相互作用下的全局敏感性分析,得到各参数敏感性系数排序结果,以及围岩属性信息中的关键参数与次关键参数。(4)在综合考虑地震安全评价的多指标评价等级条件下,提出大型地下洞室群地震安全评价模型与方法体系。地下洞室的地震安全评价是由位移、加速度及应力等多个评价指标共同影响的,目前研究大多采用单一指标的评价方法,评价结果具有明显局限性。本文将理论分析、数值模拟与优化算法等手段相结合,集成了强度折减法、粒子群优化算法、投影寻踪法及基于Vague集的集对分析模型等方法,开展了大型地下洞室地震安全评价模型与方法研究。构建适用于地下洞室的地震安全评价方法与体系,提出考虑位移、加速度及压应力等多指标影响的地下洞室群地震安全综合评价方法,并分别通过Dowding C H与Sharma S提出的评价方法验证本文安全评价体系的有效性与评价结果的合理性。(5)为有效降低地下洞室群的地震灾害损失,从灾害应急管理与决策角度出发,开展大型地下洞室群地震灾害对策分析原理与方法研究。在考虑地震灾害特点及地下洞室群空间分布特征条件下,从地下洞室群衬砌结构抗震效果、地震应急疏散路径、地震灾害应急管理及地震防灾减灾措施四个方面开展地下洞室群地震灾害对策分析原理与方法研究。首先,研究衬砌支护措施对地下洞室群结构的抗震效果影响,分析不同衬砌厚度条件下洞室结构动态响应变化规律。其次,基于地下洞室群安全稳定性分析结果,采用Dijkstra法、最短路径法及疏散路径当量长度法,研究地下洞室人员处于最不利位置时的应急疏散路径。再者,基于震前、震中及震后三个阶段,研究地下洞室群地震灾害应急管理流程,探讨三阶段间相互影响的循环过程。最后,研究地下洞室地质分析与选址、减震措施、施工质量控制、修复方法等工程措施及地下洞室地震防灾宣传与应急演练、应急资源保障、应急指挥机构及地震应急预案等非工程措施。
二、洞室围岩破坏机制及因素敏感性的有限元分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、洞室围岩破坏机制及因素敏感性的有限元分析(论文提纲范文)
(1)动静载作用下地下洞室稳定性数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 爆炸荷载对地下洞室动力响应研究现状 |
1.2.2 地下洞室围岩稳定性研究现状 |
1.2.3 地下洞室的抗爆支护措施研究 |
1.3 主要研究内容 |
1.4 技术路线 |
1.5 研究创新之处 |
2 动静载作用下地下洞室ABAQUS GUI二次开发 |
2.1 ABAQUS GUI插件开发理论 |
2.1.1 ABAQUS各模块之间的关系 |
2.1.2 ABAQUS脚本接口与对象模型 |
2.1.3 ABAQUS GUI工作原理及集成方式 |
2.1.4 插件程序的组成 |
2.2 动静载作用下地下洞室分析平台程序设计 |
2.2.1 插件功能 |
2.2.2 图形界面设计 |
2.2.3 内核程序设计及代码实现 |
2.3 动静载作用下地下洞室分析平台功能测试 |
2.3.1 插件安装 |
2.3.2 数据测试 |
2.3.3 前后处理功能测试 |
2.4 本章小结 |
3 动静载作用下地下洞室稳定性评价研究 |
3.1 围岩弱化表征方法 |
3.2 基于ABAQUS的围岩弱化数值模拟方法 |
3.2.1 用户子程序简介 |
3.2.2 用户子程序USDFLD接口的原理 |
3.3 动静载作用下地下洞室破坏特征分析 |
3.3.1 爆炸荷载 |
3.3.2 洞室模态分析 |
3.3.3 基于MATLAB获取塑性区面积的算法设计 |
3.3.4 应力波的传播过程 |
3.3.5 洞室围岩的变形特点 |
3.4 动静载作用下地下洞室稳定性评价方法 |
3.5 本章小结 |
4 动静载作用下地下洞室稳定性影响因素研究 |
4.1 计算方案 |
4.2 埋深对洞室稳定性的影响 |
4.3 洞型对洞室稳定性的影响 |
4.4 峰值荷载对洞室稳定性的影响 |
4.5 围岩级别对洞室稳定性的影响 |
4.6 侧压力系数对洞室稳定性的影响 |
4.7 本章小结 |
5 动静载作用下地下洞室支护结构研究 |
5.1 衬砌支护作用下洞室的抗爆性能研究 |
5.1.1 混凝土弹塑性损伤模型与参数选取 |
5.1.2 衬砌支护作用下洞室的变形及振动响应 |
5.1.3 衬砌的损伤分布 |
5.1.4 衬砌厚度对支护效果的影响 |
5.2 锚杆支护作用下洞室的抗爆性能研究 |
5.2.1 锚杆在ABAQUS中模拟的方法 |
5.2.2 锚杆支护作用下洞室的变形及振动响应分析 |
5.2.3 锚杆间距对支护结果的影响 |
5.2.4 锚杆长度对支护结果的影响 |
5.3 锚杆和衬砌载支护 |
5.4 泡沫类材料的夹心复合衬砌 |
5.4.1 泡沫铝本构模型 |
5.4.2 泡沫类材料夹芯的复合衬砌抗爆性能数值分析 |
5.5 本章小结 |
6 结论和展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(2)隧道支护体系协同作用原理与设计方法(论文提纲范文)
致谢 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究的背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道围岩结构性与工程响应机理 |
1.2.2 隧道超前支护作用机理 |
1.2.3 隧道初期支护作用原理与联合支护方法 |
1.2.4 隧道二次衬砌的承载机制 |
1.2.5 隧道支护体系设计方法 |
1.3 研究中存在的问题 |
1.4 论文主要研究内容 |
1.5 论文研究方法及技术路线 |
2 隧道支护结构与围岩动态相互作用演化机制 |
2.1 隧道围岩工程响应机理与预测方法 |
2.1.1 隧道围岩变形预测方法 |
2.1.2 隧道围岩的复合结构特性 |
2.1.3 隧道围岩自承载能力时空演化规律 |
2.2 隧道支护与围岩的动态作用关系 |
2.2.1 隧道围岩全过程变形统计分析 |
2.2.2 隧道支护—围岩相互作用的阶段性分析 |
2.2.3 隧道围岩变形速率与变形加速度时程演化规律 |
2.3 隧道支护体系及其作用 |
2.4 本章小结 |
3 隧道超前支护的变形控制原理与效果分析 |
3.1 隧道超前支护的变形控制作用 |
3.2 超前支护与围岩相互作用力学模型 |
3.2.1 超前支护作用下围岩力学模型与基本假设 |
3.2.2 广义Hoek-Brown屈服准则 |
3.2.3 塑性区发展过程 |
3.3 超前支护与围岩相互作用解析 |
3.3.1 加固区与原岩区均处于弹性状态 |
3.3.2 塑性区仅出现在加固区 |
3.3.3 塑性区仅出现在原岩区 |
3.3.4 加固区与原岩区均进入塑性 |
3.3.5 塑性区发展到加固区外边界 |
3.3.6 塑性区扩展至原岩区 |
3.3.7 临界支护力确定方法 |
3.4 解析结果验证 |
3.4.1 与现场实测数据的对比分析 |
3.4.2 与数值计算的对比分析 |
3.4.3 与传统方法的对比分析 |
3.5 超前支护参数优化确定方法 |
3.5.1 超前支护参数优化程序 |
3.5.2 超前支护纵向范围的确定 |
3.5.3 超前支护环向参数的确定 |
3.6 本章小结 |
4 隧道初期支护作用原理与协同优化方法 |
4.1 隧道锚固体系与围岩全过程作用原理 |
4.1.1 锚固体系协同作用机理 |
4.1.2 隧道复合围岩结构简化模型 |
4.1.3 锚杆—围岩相互作用全过程解析 |
4.1.4 隧道锚固系统协同作用解析 |
4.2 隧道表层初期支护与围岩动态作用机制 |
4.2.1 喷射混凝土力学特性 |
4.2.2 隧道表层初期支护—围岩耦合模型 |
4.2.3 表层初期支护—围岩耦合解析 |
4.2.4 影响因素分析 |
4.2.5 合理支护时机的确定 |
4.3 隧道初期支护体系的协同优化设计及评价方法 |
4.3.1 隧道初期支护协同优化原理 |
4.3.2 隧道初期支护体系协同作用评价方法 |
4.3.3 工程应用 |
4.4 本章小结 |
5 隧道二次衬砌的安全储备作用及其评价方法 |
5.1 隧道复合支护结构协同作用特点 |
5.2 复合支护结构协同作用模型 |
5.2.1 复合支护结构协同作用工况 |
5.2.2 隧道复合支护结构力学模型与控制方程 |
5.3 隧道复合支护结构协同作用解析 |
5.3.1 仅有初期支护作用 |
5.3.2 隧道复合支护结构共同作用 |
5.4 隧道二次衬砌安全储备系数计算方法 |
5.5 隧道复合支护结构协同作用效果影响因素分析 |
5.5.1 计算参数 |
5.5.2 初期支护施作时机对协同作用效果的影响 |
5.5.3 二次衬砌对协同效果的影响 |
5.6 工程应用 |
5.6.1 工程概况 |
5.6.2 工程应用效果分析与评价 |
5.7 本章小结 |
6 隧道支护体系协同设计理论与优化方法 |
6.1 协同支护系统的组成及其控制因素 |
6.2 隧道支护体系协同优化方法 |
6.2.1 多目标优化基本原理 |
6.2.2 目标函数的分组加权表征方法 |
6.2.3 目标可行域的隶属度转化与决策唯一性 |
6.2.4 协同优化设计原则与方法 |
6.3 算例分析与工程应用 |
6.3.1 二次衬砌优化设计算例分析 |
6.3.2 隧道支护体系协同优化的工程应用 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(3)超浅埋软岩大断面隧道下穿既有交通路基变形控制技术研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道施工引起地层变形规律 |
1.2.2 超浅埋大断面隧道稳定性分析 |
1.2.3 大断面隧道下穿既有交通路基变形控制标准 |
1.2.4 大断面隧道下穿既有交通施工控制措施 |
1.3 存在的科学问题 |
1.4 本文主要研究内容 |
1.5 研究方案 |
2 超浅埋大断面隧道下穿路基施工的围岩参数敏感性分析 |
2.1 概述 |
2.2 隧道下穿路基的施工稳定性影响因素分析 |
2.2.1 隧道下穿既有路基变形规律分析 |
2.2.2 隧道下穿施工路基沉降影响因素分析 |
2.3 研究工程概况 |
2.3.1 气象条件 |
2.3.2 地质条件 |
2.3.3 土工试验测试 |
2.4 数值计算模型建立 |
2.4.1 本构关系 |
2.4.2 边界条件 |
2.4.3 收敛准则 |
2.4.4 既有公路交通荷载确定 |
2.4.5 土体材料及支护材料选取 |
2.4.6 单元选择与网格划分 |
2.4.7 数值计算模型建立 |
2.5 隧道下穿施工对既有路基变形的敏感性分析 |
2.5.1 弹性模量对路基沉降的影响 |
2.5.2 内摩擦角对路基沉降的影响 |
2.5.3 粘聚力对路基沉降的影响 |
2.6 隧道下穿施工对洞室变形的敏感性分析 |
2.6.1 弹性模量对洞室变形的影响 |
2.6.2 内摩擦角对洞室变形的影响 |
2.6.3 粘聚力对洞室变形的影响 |
2.7 本章小结 |
3 超浅埋大断面隧道合理埋深研究 |
3.1 概述 |
3.2 埋深对大断面软岩隧道开挖稳定性的影响分析 |
3.2.1 软岩大断面隧道深浅埋界定 |
3.2.2 埋深对超浅埋隧道稳定性影响分析 |
3.3 浅埋大断面隧道合理埋深数值计算分析 |
3.3.1 模型建立 |
3.3.2 数据分析 |
3.4 地质力学模型试验研究 |
3.4.1 超浅埋大断面开挖试验模型系统构建 |
3.4.2 不同埋深下超浅埋大断面隧道开挖试验 |
3.4.3 数据分析 |
3.5 基于合理埋深的路基地表沉降公式修正 |
3.5.1 经典计算公式计算结果 |
3.5.2 隧道轴线处路基地表沉降值S_(max,s)的修正 |
3.5.3 不同埋深时修正系数ɑ取值的探讨 |
3.6 本章小结 |
4 不同下穿路基角度下的超浅埋隧道施工稳定性分析 |
4.1 概述 |
4.2 不同下穿角度下的路基变形数值模拟分析 |
4.2.1 模型建立 |
4.2.2 结果分析 |
4.3 不同下穿角度下的路基稳定性模型试验 |
4.3.1 模型试验简介 |
4.3.2 结果分析 |
4.4 本章小结 |
5 超浅埋隧道下穿既有路基条件下的施工工法优化 |
5.1 概述 |
5.2 常用施工方法 |
5.2.1 无临时支撑的施工方法 |
5.2.2 需施加临时支撑的施工方法 |
5.3 不同工法下穿既有路基变形模拟研究 |
5.3.1 三维数值模型的建立 |
5.3.2 模型参数及工况 |
5.3.3 围岩及结构位移模拟结果分析 |
5.4 超浅埋大断面隧道不同工法下穿路基模型试验 |
5.4.1 试验过程 |
5.4.2 数据分析 |
5.5 本章小结 |
6 超浅埋软岩大断面隧道下穿路基变形控制措施分析 |
6.1 概述 |
6.2 设计与施工优化 |
6.3 超前预加固必要性分析 |
6.3.1 常见超前预加固方法 |
6.3.2 地层超前预加固必要性分析 |
6.4 超浅埋隧道下穿既有路基变形控制标准研究 |
6.4.1 基于类似工程经验的既有交通路基沉降变形标准 |
6.4.2 基于路面平整性基础上的沉降控制标准 |
6.5 本章小结 |
7 工程案例 |
7.1 概述 |
7.2 工程概况 |
7.2.1 工程简介 |
7.2.2 岩土地层分布 |
7.2.3 水文地质条件 |
7.2.4 工程特点和难点 |
7.3 路基沉降预加固设计与施工控制措施 |
7.3.1 隧道埋深的确定 |
7.3.2 隧道施工工法 |
7.3.3 隧道辅助工法 |
7.4 隧道下穿既有路基地表稳定性分析 |
7.4.1 监测方法与测点布置 |
7.4.2 隧道地表沉降时空效应分析 |
7.4.3 隧道地表横向沉降规律分析 |
7.5 隧道下穿既有路基洞室稳定性分析 |
7.5.1 监测方法与测点布置 |
7.5.2 拱顶沉降与围岩收敛规律分析 |
7.5.3 拱顶沉降与地表沉降的关系 |
7.6 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的科研成果 |
学位论文数据集 |
(4)开挖作用下大型地下水封石油洞库的渗流通道识别与稳定性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景和研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 工程岩体多尺度力学研究 |
1.2.2 地下水封洞库围岩渗流特性与稳定性研究 |
1.2.3 地下洞室微震监测研究 |
1.3 本文主要研究内容与研究路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 研究路线 |
2 洞库围岩节理测量、统计与模拟 |
2.1 引言 |
2.2 工程背景 |
2.2.1 锦州某地下水封石油洞库工程概况 |
2.2.2 工程地质和水文地质条件 |
2.3 基于数字摄影测量的洞库围岩节理信息统计 |
2.3.1 数字摄影测量系统 |
2.3.2 洞库围岩节理测量和分组 |
2.3.3 洞库围岩节理参数概率分布规律 |
2.4 洞库围岩节理网络模拟 |
2.4.1 统计均质区划分及模拟区域 |
2.4.2 节理网络模拟参数 |
2.4.3 节理网络生成 |
2.4.4 节理网络模拟效果检验 |
2.5 本章小结 |
3 洞库围岩表征单元体及多尺度等效力学分析方法 |
3.1 引言 |
3.2 围岩细观力学参数反分析 |
3.2.1 RFPA基本原理 |
3.2.2 细观力学参数 |
3.3 洞库围岩尺寸效应及表征单元体 |
3.3.1 数值分析模型 |
3.3.2 尺寸效应分析 |
3.3.3 REV及其等效力学参数 |
3.3.4 等效力学参数的验证 |
3.4 洞库围岩多尺度等效力学分析方法 |
3.4.1 多尺度等效力学分析方法 |
3.4.2 案例分析 |
3.5 本章小结 |
4 地下水封石油洞库开挖过程微震活动特征研究 |
4.1 引言 |
4.2 洞库施工概况 |
4.3 洞库微震监测系统构建与测试 |
4.3.1 微震监测原理 |
4.3.2 微震监测系统构建 |
4.3.3 定位精度测试与波速优化 |
4.3.4 波形识别和噪声滤除 |
4.4 储油洞室开挖过程微震活动特征 |
4.4.1 定量微震学理论 |
4.4.2 微震时空分布规律 |
4.4.3 微震活动特征与开挖施工的响应关系 |
4.5 本章小结 |
5 开挖过程中的围岩优势渗流通道识别研究 |
5.1 引言 |
5.2 洞库施工期的围岩渗流规律 |
5.2.1 RFPA~(2D)-flow基本原理 |
5.2.2 典型洞库结构渗流规律分析 |
5.2.3 岩脉影响区渗流规律分析 |
5.3 新生微破裂的矩张量分析方法 |
5.3.1 矩张量理论 |
5.3.2 矩张量分析方法 |
5.3.3 计算案例 |
5.4 洞库围岩优势渗流通道识别 |
5.4.1 洞库围岩新生微破裂的空间分布 |
5.4.2 洞库围岩新生微破裂的连通性 |
5.4.3 围岩优势渗流通道识别 |
5.5 本章小结 |
6 开挖卸荷作用下洞库围岩能量演化规律与稳定性研究 |
6.1 引言 |
6.2 开挖卸荷作用下的洞库围岩能量演化规律 |
6.2.1 开挖卸荷作用下岩体能量种类 |
6.2.2 开挖卸荷作用下的岩体能量转化和3E现象 |
6.2.3 开挖过程中洞库围岩能量演化特征 |
6.3 基于多尺度等效力学分析的围岩稳定性 |
6.4 洞库围岩失稳的微震前兆 |
6.4.1 围岩失稳前兆分析方法 |
6.4.2 围岩失稳的微震前兆特征 |
6.5 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
附录 第2章中K-S单样本检验量临界值表 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(5)地下厂房岩锚梁岩壁围岩与锚杆支护宏细观特性研究(论文提纲范文)
博士生自认为的论文创新点 |
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地下厂房岩锚梁岩壁爆破开挖研究 |
1.2.2 岩锚梁锚杆与接触面稳定性研究 |
1.2.3 地下厂房洞室群数值模拟分析方法 |
1.2.4 颗粒离散元法在地下洞室中的应用 |
1.2.5 离散-连续耦合分析方法研究进展 |
1.3 本文研究目标及研究内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.4 研究技术路线 |
第2章 地下厂房岩锚梁岩壁爆破开挖精细化控制研究 |
2.1 概述 |
2.2 岩锚梁岩壁精细化爆破开挖控制与实例 |
2.2.1 吊车梁岩壁爆破开挖质量影响因素 |
2.2.2 吊车梁岩壁精细化开挖工程实例 |
2.3 考虑爆破荷载的岩锚梁岩壁开挖有限元分析 |
2.3.1 岩锚梁可视化建模与有限元分析方法 |
2.3.2 岩壁开挖爆破荷载迭代计算方法 |
2.3.3 吊车梁与岩壁接触面稳定性分析 |
2.3.4 爆破开挖对岩壁损伤影响实例分析 |
2.4 岩壁超挖工况下岩锚梁整体受力特性分析 |
2.4.1 吊车梁超挖模型形态 |
2.4.2 岩壁超挖与正常工况下岩锚梁受力特性对比 |
2.4.3 超挖工况下岩锚梁安全性评价 |
2.5 本章小结 |
第3章 地下厂房岩锚梁涂沥青锚杆支护特性研究 |
3.1 概述 |
3.2 岩锚梁锚杆涂沥青段模型网格生成方法 |
3.2.1 岩锚梁锚杆涂沥青段微观模型 |
3.2.2 岩锚梁沥青单元网格生成方法 |
3.2.3 有限元模型文件组成及转换 |
3.2.4 利用Fortran语言实现程序流程 |
3.3 岩锚梁涂沥青锚杆数值分析方法 |
3.3.1 涂沥青锚杆的刚度矩阵 |
3.3.2 沥青锚杆支护非线性迭代方法 |
3.4 岩锚梁涂沥青锚杆支护特性实例分析 |
3.4.1 沥青单元网格生成效果 |
3.4.2 涂沥青锚杆支护特性对比分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 岩石与锚杆离散颗粒模型数值仿真实现方法 |
4.1 概述 |
4.2 颗粒流PFC程序岩石与锚杆模拟方法 |
4.2.1 PFC程序基本原理和假定 |
4.2.2 岩石的颗粒流模拟方法 |
4.2.3 锚杆的颗粒流模拟方法 |
4.2.4 细观力学特性表征方法 |
4.3 岩石颗粒模型数值试验方法与结果分析 |
4.3.1 岩石无侧限压缩试验 |
4.3.2 岩石直接拉伸试验 |
4.3.3 不同围压下岩石三轴压缩试验 |
4.4 粘结锚杆拉拔试验颗粒数值模型 |
4.4.1 颗粒模型试验实现方法 |
4.4.2 试验结果分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于离散-连续耦合的全长粘结锚杆细观支护特性研究 |
5.1 概述 |
5.2 ITASCA离散-连续模型数据交换与同步计算原理 |
5.2.1 接口程序数据交换通道函数 |
5.2.2 FLAC耦合边界节点外力转换与更新 |
5.2.3 离散-连续模型同步计算实现步骤 |
5.3 地下洞室开挖与锚杆支护离散-连续耦合模型建立 |
5.3.1 连续单元模型耦合区域优化选取 |
5.3.2 开挖过程围岩地应力重分布实现方法 |
5.3.3 PFC-FLAC离散-连续耦合模型建立 |
5.3.4 耦合计算连续性验证 |
5.4 围岩主动变形时粘结锚杆细观支护特性研究 |
5.4.1 围岩与锚杆颗粒非同步变形规律 |
5.4.2 锚杆支护主动变形围岩的“中性点”特征 |
5.4.3 围岩与锚杆联合承载细观压力环结构 |
5.4.4 基于粘结力和孔隙率变化的围岩扰动判别 |
5.5 本章小结 |
第6章 基于改进PFC颗粒流声发射片的岩锚梁局部细观特性研究 |
6.1 概述 |
6.2 经典颗粒流声发射片模拟洞室局部大变形问题的局限性 |
6.2.1 颗粒流声发射片耦合计算原理与应用步骤 |
6.2.2 大变形部位离散-连续耦合计算不收敛原因探究 |
6.3 基于连续模型节点速率插值的颗粒流声发射片模拟方法 |
6.3.1 声发射片颗粒与连续模型节点同步变形实现方法 |
6.3.2 改进颗粒流声发射片技术运用方法 |
6.3.3 开挖临空面附近围岩局部细观受力特性分析 |
6.4 岩锚梁岩壁围岩与薄弱接触面细观力学特性研究 |
6.4.1 分期开挖过程中岩壁围岩变形和微裂纹扩展规律 |
6.4.2 细观力学角度的岩壁围岩破坏区深度判别 |
6.4.3 运行期岩壁与吊车梁接触面细观破坏机理研究 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻博期间发表论文及科研成果目录 |
致谢 |
(6)全尾砂胶结充填材料微宏观特性及协同支护机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
1.2.1 充填采矿技术发展趋势 |
1.2.2 胶结充填材料研究现状 |
1.2.3 充填体力学特性研究进展 |
1.2.4 充填体力学作用机理研究 |
1.2.5 采空区稳定性分析及支护技术发展概况 |
1.2.6 充填开采地表沉陷规律及预测 |
1.3 主要研究内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 研究方法与技术路线 |
2 全尾砂胶结充填材料微观结构与宏观力学特性测试与分析 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料、仪器设备及试块制备 |
2.2.1 尾砂 |
2.2.2 胶固粉 |
2.2.3 仪器设备 |
2.2.4 试块制备 |
2.3 胶固粉尾砂胶结充填体性能测试与对比分析 |
2.3.1 尾砂胶结充填体强度对比实验 |
2.3.2 实验结果与分析 |
2.3.3 充填成本对比分析 |
2.4 胶固粉尾砂胶结充填体胶结效果对比 |
2.4.1 不同粒度尾砂胶固粉充填体强度实验 |
2.4.2 实验结果与分析 |
2.5 全尾砂胶结充填材料微宏观特性测试与分析 |
2.5.1 全尾砂胶结充填体力学实验 |
2.5.2 全尾砂胶结充填材料微观实验 |
2.5.3 定量分析系统 |
2.5.4 实验结果与分析 |
2.6 本章小结 |
3 全尾砂胶结充填体强度预测模型及配比优化设计 |
3.1 引言 |
3.2 全尾砂胶结充填体强度实验与分析 |
3.2.1 不同配比全尾砂胶结充填体强度测试 |
3.2.2 全尾砂胶结充填体强度影响因素分析 |
3.2.3 强度影响因素显着性与敏感性分析 |
3.3 基于GA-SVR的充填体强度预测模型 |
3.3.1 支持向量回归机(SVR) |
3.3.2 遗传算法(GA) |
3.3.3 遗传算法应用于SVR参数优化 |
3.3.4 基于遗传算法的SVR参数优化模型构建 |
3.3.5 预测结果与对比分析 |
3.4 分层充填充填体强度设计 |
3.4.1 充填体强度设计概述 |
3.4.2 胶结层充填体强度设计 |
3.4.3 阶段内分层充填体强度设计 |
3.5 全尾砂胶结充填配比优化 |
3.5.1 实验采场工程概况 |
3.5.2 胶结层强度设计 |
3.5.3 下部尾砂充填体强度设计 |
3.5.4 全尾砂胶结充填体配比优化 |
3.6 本章小结 |
4 分层充填开采围岩-充填体协调变形破坏规律 |
4.1 引言 |
4.2 矩形空区围岩应力分析 |
4.2.1 矩形空区力学模型 |
4.2.2 矩形空区围岩应力的弹性解 |
4.3 分层充填开采围岩力学解析 |
4.4 围岩-充填体协调变形规律数值模拟 |
4.4.1 单采场充填开采围岩变形规律分析 |
4.4.2 多采场充填开采围岩变形规律分析 |
4.5 分层充填开采围岩稳定性控制 |
4.5.1 围岩稳定性影响因素 |
4.5.2 围岩稳定性控制技术 |
4.6 本章小结 |
5 围岩-充填体-点柱协同支护理论体系 |
5.1 引言 |
5.2 支护单元作用机理 |
5.2.1 围岩 |
5.2.2 点柱 |
5.2.3 充填体 |
5.3 围岩-充填体-点柱协同支护理论 |
5.3.1 协同支护理论的提出 |
5.3.2 协同支护基本原理 |
5.4 点柱式上向分层充填法协同支护系统稳定机制 |
5.4.1 点柱式充填法协同支护系统 |
5.4.2 围岩-点柱协同支护系统稳定机制 |
5.4.3 围岩-充填体-点柱协同支护系统稳定机制 |
5.5 围岩-充填体-点柱协同支护机理数值模拟分析 |
5.5.1 围岩-点柱协同支护 |
5.5.2 围岩-充填体-点柱协同支护 |
5.5.3 围岩-充填体-点柱三者协同支护机理 |
5.6 本章小结 |
6 上下充填体协同作用下水平矿柱安全厚度优化 |
6.1 引言 |
6.2 充填体协同作用下水平矿柱有限元分析 |
6.2.1 充填体协同作用下水平矿柱力学模型 |
6.2.2 水平矿柱及充填体分析单元的选择 |
6.2.3 基于Mindlin中厚板理论的有限元分析 |
6.3 工程背景概述 |
6.3.1 工程地质概况 |
6.3.2 水文地质概况 |
6.3.3 原岩应力 |
6.4 水平矿柱安全厚度优化 |
6.4.1 矿山水平矿柱留设形态调查 |
6.4.2 上中段充填体荷载计算 |
6.4.3 有限元模拟结果分析 |
6.4.4 水平矿柱安全厚度确定 |
6.5 充填体中水平矿柱稳定性分析 |
6.5.1 水平矿柱安全厚度校验 |
6.5.2 水平矿柱FLAC~(3D)计算模型 |
6.5.3 水平矿柱稳定性分析 |
6.6 本章小结 |
7 大规模全尾砂胶结充填开采工程应用与评价 |
7.1 引言 |
7.2 大规模充填开采地表沉陷防控技术 |
7.3 充填开采地表沉陷GPS监测 |
7.3.1 GPS监测系统 |
7.3.2 地表沉陷监测 |
7.3.3 监测数据处理及分析 |
7.4 充填开采地表沉陷预测与分析 |
7.4.1 充填开采地表沉陷模拟预测方案 |
7.4.2 充填开采地表沉陷模拟预测分析 |
7.4.3 充填开采地表沉陷实测与预测对比 |
7.5 充填开采地表沉陷防控技术可靠性评价 |
7.5.1 可靠性影响因素分析 |
7.5.2 可靠性评价体系 |
7.5.3 评价标准的确定 |
7.5.4 评价指标体系权重 |
7.5.5 综合评定标准 |
7.5.6 充填开采可靠性评价结果 |
7.6 本章小结 |
8 结论及展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 下一步工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士期间发表的学术论文和参加的科研项目 |
1、攻读博士期间发表的学术论文 |
2、攻读博士期间参加的主要科研项目 |
3、攻读博士期间取得的其他成果 |
(7)地下洞室围岩与支护结构联合地震动响应数值模拟(论文提纲范文)
本文的研究工作得到了以下科研基金的联合资助 |
博士生自认为的论文创新点 |
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.1.1 地下洞室的特点 |
1.1.2 地下洞室的地震灾变 |
1.1.3 课题的提出 |
1.2 主要科学问题及国内外研究现状 |
1.2.1 地下洞室地震响应分析方法 |
1.2.2 地下洞室锚杆支护的动力模拟方法 |
1.2.3 围岩与衬砌结构动力联合作用分析方法 |
1.2.4 地震作用下围岩稳定评判及抗震支护优化 |
1.3 研究目标和研究内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.4 技术路线 |
第2章 地下洞室三维动力有限元基本分析方法 |
2.1 概述 |
2.2 系统运动方程 |
2.2.1 动力平衡方程 |
2.2.2 质量和阻尼矩阵 |
2.2.3 率本构积分算法 |
2.3 岩石类材料动力本构模型 |
2.3.1 材料动力特性 |
2.3.2 材料动力损伤弹塑性本构关系 |
2.4 地下洞室动力人工边界条件 |
2.4.1 动力人工边界的类型 |
2.4.2 三维粘弹性人工边界的原理 |
2.4.3 三维自由场人工边界的原理 |
2.4.4 动力人工边界的设置及验证 |
2.5 地震波的前处理及输入方法 |
2.5.1 地震波的前处理 |
2.5.2 地震波的输入 |
2.6 运动方程的求解 |
2.7 算例验证 |
2.7.1 振动台试验的数值模拟 |
2.7.2 地下洞室地震动响应数值模拟 |
2.8 本章小结 |
第3章 地下洞室围岩与锚杆动力相互作用分析方法 |
3.1 概述 |
3.2 锚杆作用机理及力学模型 |
3.2.1 全长粘结式锚杆作用机理 |
3.2.2 全长粘结式锚杆力学模型 |
3.3 锚杆物理加固效应的数值模拟方法 |
3.3.1 隐式锚杆单元的锚固附加刚度 |
3.3.2 加锚岩体的等效物理力学参数 |
3.4 锚杆力学约束效应的数值模拟方法 |
3.4.1 锚杆中性点理论 |
3.4.2 考虑锚固破坏的荷载传递基本微分方程 |
3.4.3 基于有限差分法的锚杆受力求解 |
3.5 基于动力显式有限元的锚杆支护高效算法 |
3.5.1 锚杆支护地震动响应计算方法 |
3.5.2 锚杆支护算法的高效优化手段 |
3.6 算例验证 |
3.6.1 锚杆室内静态拉拔试验 |
3.6.2 地下洞室静力开挖下锚杆支护计算分析 |
3.6.3 地下洞室地震作用下锚杆支护计算分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 地下洞室围岩与衬砌动力联合承载分析方法 |
4.1 概述 |
4.2 围岩与衬砌接触面的复杂抗剪强度公式 |
4.2.1 接触面的剪切破坏形态 |
4.2.2 接触面峰值抗剪强度模型 |
4.2.3 地震荷载下抗剪强度劣化规律 |
4.3 围岩与衬砌接触面非线性动力计算方法 |
4.3.1 接触状态及约束条件 |
4.3.2 动接触力算法的基本方程 |
4.3.3 考虑界面复杂抗剪强度的动接触力计算 |
4.3.4 围岩与衬砌动接触力算法基本流程 |
4.4 工程实例分析 |
4.4.1 工程概况及计算模型 |
4.4.2 计算条件 |
4.4.3 衬砌抗震支护效果分析 |
4.4.4 围岩与衬砌接触面损伤演化分析 |
4.4.5 衬砌结构震损特性分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 地下洞室地震动响应安全评判及抗震支护设计 |
5.1 概述 |
5.2 地震作用下地下洞室围岩稳定安全的评判方法 |
5.2.1 基于岩体动响应指标的围岩局部稳定性评判 |
5.2.2 基于强度折减法的围岩整体稳定性评判 |
5.3 锚杆与衬砌支护参数的优化设计 |
5.3.1 计算工况 |
5.3.2 整体支护效果分析 |
5.3.3 局部支护效果分析 |
5.3.4 地下洞室围岩抗震支护优化设计探讨 |
5.4 地下洞室衬砌结构的减震措施设计 |
5.4.1 计算工况 |
5.4.2 围岩固结灌浆对衬砌结构的减震效果 |
5.4.3 柔性垫层对衬砌结构的减震效果 |
5.4.4 地下洞室衬砌结构减震理念探讨 |
5.5 本章小结 |
第6章 地下洞室围岩与支护结构地震响应特性分析 |
6.1 概述 |
6.2 工程概况及计算条件 |
6.2.1 工程概况 |
6.2.2 计算条件 |
6.3 锚固支护条件下地下洞室群围岩抗震稳定分析 |
6.3.1 洞周围岩破坏区发展规律 |
6.3.2 洞周围岩应力发展规律 |
6.3.3 洞周围岩位移发展规律 |
6.3.4 地下洞室洞周围岩地震响应特性 |
6.4 锚杆支护地震响应特性分析 |
6.5 地震作用下地下洞室围岩稳定性评价 |
6.5.1 洞周围岩局部稳定性评价 |
6.5.2 洞室整体稳定性评价 |
6.6 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻博期间发表论文及科研成果目录 |
致谢 |
(8)基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景及研究意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容、思路及方法 |
2 地下洞室围岩稳定性影响因素与判据 |
2.1 概述 |
2.2 影响洞室围岩稳定的几类主要因素 |
2.3 围岩变形破坏类型及破坏机理 |
2.4 围岩失稳的判据 |
2.4.1 强度判据 |
2.4.2 极限应变判据 |
2.4.3 围岩收敛比判据 |
2.4.4 基于突变理论的判据 |
2.4.5 熵突变判据 |
2.5 本章小结 |
3 围岩弹塑性理论和ABAQUS简介 |
3.1 概述 |
3.2 非线性理论的分类 |
3.3 岩体弹塑性本构关系 |
3.3.1 屈服准则与破坏条件 |
3.3.2 强化定律 |
3.3.3 流动法则 |
3.3.4 加载和卸载准则 |
3.3.5 增量理论 |
3.4 岩体常见的几类屈服准则 |
3.4.1 Tresca屈服准则 |
3.4.2 Mises屈服准则 |
3.4.3 广义Tresca和Mises准则 |
3.4.4 Mohr-Coulomb屈服准则 |
3.4.5 Drucker-Prager屈服准则 |
3.4.6 Zienkiewice-Pande屈服准则 |
3.5 有限元软件ABAQUS简介及其适用性 |
3.5.1 ABAQUS软件简介 |
3.5.2 ABAQUS在岩土工程中的适用性 |
3.6 本章小结 |
4 地下洞室围岩稳定性分析 |
4.1 引言 |
4.2 工程概况 |
4.2.1 岩体条件和岩体特征概述 |
4.2.2 开挖及施工方法 |
4.3 有限元分析 |
4.4 二维有限元分析 |
4.4.1 塑性区分布 |
4.4.2 开挖引起的主应力分布及大小 |
4.4.3 开挖引起的位移分布及大小 |
4.4.4 加固系统中的轴向荷载分布 |
4.5 三维有限元分析 |
4.5.1 分步开挖的塑性区分布 |
4.5.2 分步开挖主应力分布及大小 |
4.5.3 开挖引起的位移分布及大小 |
4.5.4 加固系统中轴向荷载分布 |
4.6 二维与三维分析结果的对比 |
4.6.1 塑性区分布的对比 |
4.6.2 最小主应力的对比 |
4.6.3 竖向位移的对比 |
4.7 本章小结 |
5 围岩参数的敏感性分析 |
5.1 引言 |
5.2 区间分析法基本原理及方法 |
5.3 敏感性分析 |
5.3.1 计算模型 |
5.3.2 参数选取 |
5.3.3 计算结果分析 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(9)大型地下洞室群施工期围岩稳定动态反馈控制研究 ——以黄登水电站地下洞室群为例(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地应力场反演分析方法研究现状 |
1.2.2 地下洞室群施工期围岩稳定反馈与控制研究现状 |
1.2.3 地下洞室群施工期围岩稳定性研究现状 |
1.3 问题的提出 |
1.4 本文主要工作及创新点 |
1.4.1 本文主要工作 |
1.4.2 本文创新点 |
第二章 工程背景及理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 工程背景 |
2.2.1 工程概况 |
2.2.2 地形、地质条件 |
2.2.3 工程施工方案的提出 |
2.3 地下洞室群施工期岩体力学计算分析方法 |
2.3.1 地下洞室结构计算方法 |
2.3.2 围岩破坏评判方法 |
2.4 地下洞室群施工期动态反馈优化设计方法 |
2.4.1 动态反馈优化设计的要点 |
2.4.2 施工期动态反馈控制分析流程 |
2.5 本章小结 |
第三章 三维地应力场二步优化反演算法 |
3.1 引言 |
3.2 地层剥蚀原理 |
3.2.1 地表剥蚀卸荷效应 |
3.2.2 地层剥蚀模拟 |
3.3 初始地应力场二步优化非线性反演算法研究 |
3.3.1 回归反演分析理论 |
3.3.2 基于人工神经网络的非线性模型建立 |
3.3.3 基于SR-DE-SVM的二步优化反演流程 |
3.4 地应力场反演理论在黄登水电站地下洞室群中的应用 |
3.4.1 工程区域现场地应力测量 |
3.4.2 数值计算模型 |
3.4.3 地应力场反演结果分析 |
3.4.4 地应力场分布规律分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 地下洞室群围岩力学参数动态识别 |
4.1 引言 |
4.2 围岩力学参数敏感性分析 |
4.2.1 敏感性分析原理 |
4.2.2 岩体力学参数敏感性计算 |
4.3 围岩力学参数动态反演理论与流程 |
4.3.1 动态反演方法 |
4.3.2 动态反演思想与流程 |
4.4 围岩力学参数动态反演的关键技术 |
4.4.1 开挖进度实时映射更新 |
4.4.2 支护进度实时映射更新 |
4.4.3 新揭露地质动态映射更新 |
4.5 参数动态反演方法在黄登水电站地下洞室群中的应用 |
4.5.1 监测点布置及选择 |
4.5.2 监测数据的选取 |
4.5.3 模型动态更新 |
4.5.4 岩体力学参数动态反演分析 |
4.6 施工期围岩力学参数劣化分析 |
4.7 本章小结 |
第五章 不良地质段围岩稳定性动态馈控分析 |
5.1 引言 |
5.2 围岩破坏模式及调控方法 |
5.2.1 地下洞室群围岩破坏模式识别 |
5.2.2 黄登水电站地下洞室群围岩破坏特征 |
5.2.3 控制地下洞室群围岩破坏的措施 |
5.3 主厂房区域新揭露不良地质段监测信息反馈分析 |
5.3.1 监测断面及监测点布置 |
5.3.2 D-D断面监测信息分析 |
5.3.3 D’-D’断面监测信息分析 |
5.4 地下洞室群数值仿真分析 |
5.4.1 典型机组段数值仿真分析 |
5.4.2 典型监测断面数值仿真分析 |
5.5 洞室穿过不良地质段的处置技术 |
5.6 本章小结 |
第六章 基于施工全过程的地下洞室群动态安全信息模型 |
6.1 引言 |
6.2 地下洞室群施工过程中的动态信息 |
6.3 地下洞室群动态安全信息模型建立 |
6.3.1 四维时空模型的引入与建立方法 |
6.3.2 地下洞室群动态安全信息模型架构思路 |
6.3.3 地下洞室群动态安全信息模型与多源信息的映射更新 |
6.4 动态安全信息模型在黄登水电站地下洞室群中的应用 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(10)大型地下洞室群地震安全评价与对策研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 问题的提出与研究意义 |
1.2 国内外研究发展与现状 |
1.2.1 大型地下洞室群地震安全评价研究 |
1.2.2 地下洞室群地震灾害对策研究 |
1.3 本文主要研究思路与内容 |
1.3.1 研究思路 |
1.3.2 研究内容 |
第2章 地下洞室群地震灾害评价基础信息分析模型 |
2.1 基础信息分析数学模型的建立 |
2.2 工程信息的采集与分析 |
2.2.1 工程基础信息 |
2.2.2 地下洞室群布置信息 |
2.2.3 地下洞室群地质信息 |
2.3 工程信息处理与三维建模 |
2.3.1 三维地质模型 |
2.3.2 地下洞室群三维模型 |
2.3.3 地下洞室群块体模型 |
2.4 地震波的选取与处理 |
2.4.1 地震波的选取原则 |
2.4.2 地震波的反演 |
2.4.3 地震波的基线调整 |
2.5 本章小结 |
第3章 地震作用下地下洞室群安全影响因素有限元分析 |
3.1 地震作用下地下洞室群分析的数值模拟方法 |
3.1.1 改进的Newmark方法 |
3.1.2 动力阻尼的设定 |
3.1.3 本构模型基本理论 |
3.1.4 多尺度网格的划分 |
3.1.5 地下洞室群地震有限元网格的数学模型 |
3.2 地下洞室群块体周边接触非线性模型研究 |
3.2.1 地下洞室块体与周边接触面的抗滑模型 |
3.2.2 块体与周边接触面抗滑模型数值验证 |
3.2.3 块体与周边接触面抗滑模型工程实例验证 |
3.3 块体位置对块体结构稳定性影响研究 |
3.4 断层存在对块体结构稳定性影响研究 |
3.4.1 考虑断层的地下洞室块体模型 |
3.4.2 断层对单块体安全稳定性影响 |
3.4.3 断层对相邻块体安全稳定性影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 地震作用下地下洞室群围岩稳定参数敏感性分析 |
4.1 敏感性分析方法及原理 |
4.1.1 局部敏感性分析的Garson法 |
4.1.2 全局敏感性分析的PaD2法 |
4.2 BP神经网络学习算法及基本原理 |
4.3 围岩稳定参数敏感性分析模型的建立 |
4.3.1 有限元模型的建立 |
4.3.2 BP神经网络模型的建立 |
4.4 围岩稳定参数敏感性分析结果 |
4.4.1 各参数在基准值时的响应结果 |
4.4.2 局部敏感性分析结果 |
4.4.3 全局敏感性分析结果 |
4.5 本章小结 |
第5章 大型地下洞室群地震安全评价模型与方法研究 |
5.1 粒子群优化算法 |
5.1.1 粒子群优化算法基本原理 |
5.1.2 优化参数与适应度函数选取 |
5.2 投影寻踪算法 |
5.3 Vague集的集对分析模型 |
5.3.1 Vague集基本理论 |
5.3.2 基于Vague集理论的集对分析评价模型构建 |
5.3.3 Vague集的联系数相似度及特征值等级 |
5.4 地下洞室地震安全评价 |
5.4.1 基于强度折减法的评价等级分析 |
5.4.2 评价指标权重的确定 |
5.4.3 地下洞室地震安全评价结果 |
5.4.4 安全评价结果的验证 |
5.5 本章小结 |
第6章 地下洞室群地震防灾减灾对策分析方法研究 |
6.1 地下洞室衬砌结构抗震效果分析 |
6.2 地下洞室群地震应急疏散路径分析 |
6.2.1 地下洞室群的安全稳定性分析 |
6.2.2 应急疏散路径的求解方法 |
6.2.3 应急疏散路径的选取与分析 |
6.3 地下洞室群地震灾害应急管理研究 |
6.4 地下洞室群地震防灾减灾措施 |
6.4.1 地下洞室群地震防灾减灾工程措施 |
6.4.2 地下洞室群地震防灾减灾非工程措施 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
四、洞室围岩破坏机制及因素敏感性的有限元分析(论文参考文献)
- [1]动静载作用下地下洞室稳定性数值模拟研究[D]. 吴钦. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]隧道支护体系协同作用原理与设计方法[D]. 孙振宇. 北京交通大学, 2020(03)
- [3]超浅埋软岩大断面隧道下穿既有交通路基变形控制技术研究[D]. 傅立磊. 中国铁道科学研究院, 2019(01)
- [4]开挖作用下大型地下水封石油洞库的渗流通道识别与稳定性研究[D]. 庄端阳. 大连理工大学, 2019(06)
- [5]地下厂房岩锚梁岩壁围岩与锚杆支护宏细观特性研究[D]. 李冬冬. 武汉大学, 2018(07)
- [6]全尾砂胶结充填材料微宏观特性及协同支护机理研究[D]. 张雯. 西安建筑科技大学, 2018(06)
- [7]地下洞室围岩与支护结构联合地震动响应数值模拟[D]. 周浩. 武汉大学, 2017(06)
- [8]基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析[D]. 谭义欣. 东华理工大学, 2016(11)
- [9]大型地下洞室群施工期围岩稳定动态反馈控制研究 ——以黄登水电站地下洞室群为例[D]. 胡安奎. 天津大学, 2016(11)
- [10]大型地下洞室群地震安全评价与对策研究[D]. 李文倩. 天津大学, 2017(05)