本文關(guān)鍵詞：裂隙性圍巖力學(xué)特性和破裂機(jī)理的顆粒流數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著我國(guó)地下工程建設(shè)速度的加快,隧洞在施工的過程中面臨的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜,尤其是洞室圍巖存在的節(jié)理裂隙不僅破壞了巖體的整體性,而且直接影響洞室圍巖的受力及變形破裂方式,因此對(duì)裂隙性圍巖的力學(xué)特性和破壞機(jī)理進(jìn)行研究具有重要的理論和實(shí)際意義。但理論和室內(nèi)試驗(yàn)研究方面的局限性制約了其研究進(jìn)展,為更好地從細(xì)觀方面研究洞室圍巖在開挖過程中的力學(xué)特性和破壞機(jī)理,可采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。本文以大相嶺泥巴山隧道為工程背景,在對(duì)室內(nèi)裂隙性流紋巖單軸和城門拱形洞室雙軸壓縮的基礎(chǔ)上,采用基于離散單元法的顆粒流程序PFC2D模擬裂隙性巖體在單軸壓縮下及裂隙性圍巖在雙軸壓縮下的力學(xué)特性和破壞機(jī)理。本文研究的主要內(nèi)容和得到的成果如下：(1)闡述了離散元顆粒流PFC2D程序的基本原理；通過對(duì)顆粒細(xì)觀參數(shù)的調(diào)試,討論了顆粒間平行粘結(jié)細(xì)觀參數(shù)和摩擦系數(shù)對(duì)巖體試樣宏觀參數(shù)的影響：平行粘結(jié)剛度主要影響彈性模量,平行粘結(jié)強(qiáng)度主要影響峰值強(qiáng)度,半徑系數(shù)對(duì)彈性模量和峰值強(qiáng)度均有較大影響,摩擦系數(shù)在(0,2)范圍內(nèi)對(duì)彈性模量和峰值強(qiáng)度影響較大,繼續(xù)增大影響較��；確定裂隙性流紋巖試樣合理的細(xì)觀參數(shù)。(2)采用PFC2D數(shù)值模擬了流紋巖試樣的單軸壓縮試驗(yàn),通過對(duì)比室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證了采用PFC2D進(jìn)行力學(xué)特性和破壞機(jī)理研究的可行性,然后從細(xì)觀方面對(duì)巖樣的破壞機(jī)理進(jìn)行分析。(3)結(jié)合宏觀和細(xì)觀方面分析了不同的預(yù)置裂隙參數(shù)(單裂隙的角度、斷續(xù)雙裂隙的巖橋傾角)對(duì)巖體試樣強(qiáng)度特征和裂紋擴(kuò)展模式的影響。(4)對(duì)城門拱形隧洞試樣進(jìn)行雙軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn),根據(jù)城門拱形洞室雙軸壓縮室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,從洞室圍巖的破裂模式以及拱頂和側(cè)壁的應(yīng)變分析驗(yàn)證了其可行性,然后從洞室圍巖的裂紋擴(kuò)展模式、裂隙發(fā)育特征以及接觸力等的變化特征,對(duì)洞室圍巖的破裂機(jī)理進(jìn)行分析。(5)在城門拱形洞室的不同位置預(yù)置不同傾角和不同規(guī)模的節(jié)理,研究節(jié)理的存在對(duì)洞室圍巖的強(qiáng)度、破壞模式及洞室圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：巖體 裂隙 顆粒流 數(shù)值模擬 力學(xué)特性 破壞機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU457
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 研究意義及選題背景12-13
• 1.1.1 研究意義12-13
• 1.1.2 選題背景13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析13-19
• 1.2.1 裂隙性巖石力學(xué)特性的理論研究13-15
• 1.2.2 裂隙性圍巖力學(xué)特性的試驗(yàn)研究15-16
• 1.2.3 裂隙性圍巖力學(xué)特性的數(shù)值模擬研究16-18
• 1.2.4 裂隙性圍巖力學(xué)特性研究現(xiàn)狀綜述18-19
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容、研究方法及技術(shù)路線19-22
• 1.3.1 課題研究?jī)?nèi)容19
• 1.3.2 研究方法19-20
• 1.3.3 技術(shù)路線20-22
• 第2章 顆粒流細(xì)觀軟件PFC2D特點(diǎn)與功能概述22-31
• 2.1 引言22-23
• 2.2 顆粒流方法的基本理論23-27
• 2.2.1 基本假定23
• 2.2.2 物理模型23-25
• 2.2.3 接觸模型25-27
• 2.3 顆粒流模型邊界條件及物理參數(shù)確定27-29
• 2.3.1 邊界條件27-28
• 2.3.2 時(shí)步確定28-29
• 2.3.3 微裂紋表示方法29
• 2.4 顆粒流模型計(jì)算的一般過程29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 裂隙巖體試樣的PFC2D數(shù)值模擬31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀參數(shù)的影響分析31-35
• 3.2.1 顆粒接觸剛度對(duì)材料宏觀參數(shù)的影響32-33
• 3.2.2 顆粒間法相強(qiáng)度對(duì)材料宏觀參數(shù)的影響33
• 3.2.3 顆粒半徑系數(shù)對(duì)材料宏觀參數(shù)的影響33-34
• 3.2.4 摩擦系數(shù)對(duì)材料宏觀參數(shù)的影響34-35
• 3.3 流紋巖單軸壓縮試驗(yàn)的PFC2D數(shù)值模擬35-41
• 3.3.1 流紋巖室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)研究介紹35-36
• 3.3.2 PFC2D細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定36-37
• 3.3.3 單軸壓縮試驗(yàn)的PFC2D數(shù)值模擬分析37-41
• 3.4 巖體裂隙擴(kuò)展和貫通機(jī)制概述41-43
• 3.5 裂紋對(duì)巖體試樣屈服破壞影響的數(shù)值分析43-54
• 3.5.1 單軸壓縮下單裂紋擴(kuò)展貫通顆粒流模擬試驗(yàn)43
• 3.5.2 單軸壓縮下單裂隙巖石破壞機(jī)制數(shù)值模擬分析43-49
• 3.5.3 單軸壓縮下雙裂紋擴(kuò)展貫通顆粒流模擬試驗(yàn)49
• 3.5.4 斷續(xù)雙裂隙巖石試樣破壞機(jī)制分析49-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第4章 城門拱形隧洞數(shù)值模擬研究55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 洞室圍巖雙軸壓縮數(shù)值模擬55-60
• 4.2.1 城門拱形隧洞模型試驗(yàn)概述55-56
• 4.2.2 洞室圍巖雙軸壓縮數(shù)值模擬56-57
• 4.2.3 模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證57-60
• 4.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析60-63
• 4.3.1 城門拱形洞室圍巖裂紋擴(kuò)展模式60-62
• 4.3.2 城門拱形洞室圍巖的應(yīng)力特征62-63
• 4.4 洞室圍巖的尺寸效應(yīng)研究63-68
• 4.4.1 概述63-64
• 4.4.2 模擬試驗(yàn)64
• 4.4.3 模擬結(jié)果分析64-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第5章 預(yù)置節(jié)理的洞室圍巖數(shù)值模擬研究69-89
• 5.1 引言69
• 5.2 單節(jié)理城門拱形隧洞顆粒流數(shù)值模擬69-80
• 5.2.1 模擬方案確定69-70
• 5.2.2 數(shù)值模型建立70-71
• 5.2.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析71-80
• 5.3 多節(jié)理城門拱形隧洞破裂機(jī)理研究80-88
• 5.3.1 模擬方案確定80
• 5.3.2 數(shù)值模型建立80-81
• 5.3.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析81-88
• 5.4 本章小結(jié)88-89
• 結(jié)論與展望89-91
• 1 本文研究主要結(jié)論89-90
• 2 問題與展望90-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-96

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本文編號(hào)：1006171