本文關(guān)鍵詞：峰后巖體宏細(xì)觀破裂過程數(shù)值模擬方法及應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,對石油的需求量日益增大。對我國而言,安全、穩(wěn)定的能源供應(yīng)是經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康發(fā)展的重要保障。因此,加快地下隧道建設(shè)仍舊是下一個五年計(jì)劃的目標(biāo),這將意味著巖石工程項(xiàng)目的不斷增多。這些工程埋深越大,地質(zhì)構(gòu)造活動越強(qiáng)烈,地應(yīng)力水平就越高,在開挖強(qiáng)卸荷作用下出現(xiàn)持續(xù)大變形和大體積塌方等深部工程災(zāi)害的可能性和頻率就越高,造成的人員傷亡、機(jī)械設(shè)備報(bào)廢、部分隧道被迫停建或改線,環(huán)境破壞嚴(yán)重,經(jīng)濟(jì)損失巨大。這些災(zāi)害已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國交通、水利水電等工程安全建設(shè)和運(yùn)行。因此,裂隙巖體的變形破壞失穩(wěn)過程的分析研究對于隧道的運(yùn)行長期穩(wěn)定性具有十分重大的現(xiàn)實(shí)工程意義、社會意義。巖石可被假定為一種非均質(zhì)的多相復(fù)合結(jié)構(gòu),在受到外力作用以后,隨機(jī)分布在巖石內(nèi)部的微缺陷不斷變化,出現(xiàn)貫通,逐漸形成宏觀裂縫使巖石破壞,進(jìn)而導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。巖石的變形破裂過程是非常復(fù)雜的,將巖石視為連續(xù)介質(zhì),只用經(jīng)典彈塑性力學(xué)或斷裂損傷力學(xué)的方法來描述,與實(shí)際不符,將難以獲得理想的結(jié)果。本文結(jié)合室內(nèi)三軸試驗(yàn)結(jié)果,從損傷和能量的角度分析研究峰后裂隙巖體宏細(xì)觀變形破裂過程。本文的主要研究內(nèi)容如下：1)配制類砂巖脆性材料開展了峰后裂隙巖體三軸壓縮實(shí)驗(yàn),從宏觀角度研究峰后裂隙巖體的變形破裂過程,獲得了裂隙巖體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,分析圍壓和貫穿裂隙傾角對裂隙巖體強(qiáng)度和變形特性的影響,為理論和數(shù)值方法的研究奠定了基礎(chǔ)。2)研究峰后裂隙巖體宏觀非連續(xù)變形破裂過程。分析總結(jié)室內(nèi)試驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化特點(diǎn),確定了峰后裂隙巖體變形破裂過程中的關(guān)鍵點(diǎn)；基于系統(tǒng)分叉和混沌理論,定義應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值點(diǎn)為分叉點(diǎn),破壞點(diǎn)為混沌點(diǎn),獲得了研究裂隙巖體變形破裂全過程中應(yīng)力σ與無量綱參數(shù)D的關(guān)系；基于威布爾分布模型,建立了峰后裂隙巖體非線性連續(xù)損傷本構(gòu)關(guān)系,探討了損傷本構(gòu)模型參數(shù)與圍壓、節(jié)理傾角的關(guān)系；基于能量守恒定律,分析了裂隙巖體結(jié)構(gòu)變形特性；建立了基于應(yīng)變能密度理論巖石損傷破壞判別準(zhǔn)則,并通過FLAC-3D中的fish語言開發(fā)了巖石損傷變形破裂過程的計(jì)算程序,并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。3)基于流形覆蓋的思想,構(gòu)造三維流形元覆蓋函數(shù),結(jié)合顆粒接觸模型,構(gòu)建了MDP(Manifold Discrete Particle)單元；引入微平面理論,建立了拉、壓本構(gòu)模型,提出了一種基于流形覆蓋的顆粒離散元數(shù)值方法,從宏細(xì)觀角度分析裂隙巖體變形破裂全過程,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)對本文所提數(shù)值方法進(jìn)行校核和驗(yàn)證。4)基于YADE平臺,采用基于流形覆蓋的顆粒離散元法,分析混凝土、巖體等脆性材料從細(xì)觀到宏觀的變形破裂過程,研究了脆性材料尺寸效應(yīng)、拉壓不對稱等力學(xué)特性,實(shí)現(xiàn)了對連續(xù)和非連續(xù)變形問題的統(tǒng)一求解。5)以黃島地下儲油庫工程為背景,利用本文所建立的基于流形覆蓋的顆粒離散元方法,建立三維離散顆粒模型對5號主洞室圍巖變形破裂過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,再現(xiàn)了洞室左壁發(fā)生大變形導(dǎo)致坍塌的全過程；與連續(xù)變形方法進(jìn)行對比分析,計(jì)算得到洞室產(chǎn)生損傷破壞的位置一樣。本文研究內(nèi)容給巖石變形破裂過程的研究以及地下隧道圍巖支護(hù)問題的研究提供了新的方法,對于認(rèn)識各種大體積塌方、大變形及其支護(hù)作用具有非常重要的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：峰后 裂隙巖體 室內(nèi)實(shí)驗(yàn) 非連續(xù)變形 流形覆蓋 MDPM YADE 塌方
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU452
【目錄】：

• 中文摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 第一章 緒論16-34
• 1.1 研究背景及意義16-18
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意義17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-29
• 1.2.1 關(guān)于巖石破裂理論方面18-20
• 1.2.2 關(guān)于巖石破裂試驗(yàn)方面20-23
• 1.2.3 關(guān)于巖石破裂數(shù)值方法方面23-29
• 1.3 主要研究內(nèi)容29-30
• 1.4 研究思路30-31
• 1.5 創(chuàng)新點(diǎn)31-34
• 第二章 峰后裂隙巖體破裂過程三軸試驗(yàn)研究34-60
• 2.1 引言34
• 2.2 峰后裂隙巖體破裂過程三軸壓縮試驗(yàn)34-40
• 2.2.1 預(yù)制試件34-38
• 2.2.2 試驗(yàn)儀器38
• 2.2.3 試驗(yàn)過程38-40
• 2.3 峰后裂隙巖體破裂過程三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果40-58
• 2.3.1 不同圍壓條件下裂隙巖體變形特性41-48
• 2.3.2 不同傾角條件下裂隙巖體變形特性48-54
• 2.3.3 裂隙巖體破壞模式54-58
• 2.4 本章小結(jié)58-60
• 第三章 峰后裂隙巖體非連續(xù)變形破壞本構(gòu)方程與模擬方法研究60-92
• 3.1 引言60
• 3.2 峰后裂隙巖體變形破壞特性60-65
• 3.3 峰后裂隙巖體本構(gòu)模型的構(gòu)建65-75
• 3.3.1 峰后裂隙巖體損傷本構(gòu)模型65-69
• 3.3.2 裂隙巖體結(jié)構(gòu)變形特性69-72
• 3.3.3 模型驗(yàn)證72-75
• 3.4 基于應(yīng)變能密度理論的判別準(zhǔn)則75-90
• 3.4.1 基于應(yīng)變能密度理論的巖體變形破裂準(zhǔn)則75-79
• 3.4.2 基于應(yīng)變能密度理論的巖體變形破裂過程數(shù)值分析79-90
• 3.5 本章小結(jié)90-92
• 第四章 基于流形覆蓋的巖體宏細(xì)觀破裂的顆粒離散元法研究92-126
• 4.1 引言92-94
• 4.2 基于流形覆蓋的離散顆粒單元的構(gòu)成94-106
• 4.2.1 基于流形覆蓋的顆粒離散元法特點(diǎn)94-96
• 4.2.2 流形單元的覆蓋函數(shù)96-101
• 4.2.3 顆粒單元的構(gòu)建101-106
• 4.3 MDP模型的基本方程106-108
• 4.3.1 位移矩陣106-107
• 4.3.2 應(yīng)變矩陣107-108
• 4.3.3 單元應(yīng)力108
• 4.4 MDP模型本構(gòu)關(guān)系108-118
• 4.4.1 微平面理論108-111
• 4.4.2 彈性特性111-113
• 4.4.3 非彈性特性113-118
• 4.5 MDP模型程序?qū)崿F(xiàn)118-124
• 4.5.1 基于流形覆蓋的顆粒離散元計(jì)算流程118-120
• 4.5.2 算例120-124
• 4.6 本章小結(jié)124-126
• 第五章 基于MDPM的裂隙巖體變形破壞特性數(shù)值分析研究126-158
• 5.1 引言126
• 5.2 離散元簡介126-133
• 5.2.1 離散元基本方程127-131
• 5.2.2 YADE軟件簡介131-133
• 5.3 基于MDPM的裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)數(shù)值分析133-156
• 5.3.1 尺寸效應(yīng)134-144
• 5.3.2 拉壓不對稱144-151
• 5.3.3 連續(xù)與非連續(xù)變形分析151-156
• 5.4 本章小結(jié)156-158
• 第六章 工程應(yīng)用158-172
• 6.1 引言158-159
• 6.2 工程背景159-161
• 6.3 計(jì)算模型及參數(shù)的確定161-165
• 6.3.1 數(shù)值模型161-164
• 6.3.2 裂隙巖體參數(shù)的確定164-165
• 6.4 地下洞室左側(cè)壁圍巖塌方數(shù)值模擬165-171
• 6.5 本章小結(jié)171-172
• 第七章 結(jié)論與展望172-174
• 7.1 結(jié)論172-173
• 7.2 展望173-174
• 參考文獻(xiàn)174-188
• 在讀期間參與的科研項(xiàng)目188-190
• 在讀期間發(fā)表的論文190-192
• 致謝192-194
• 附件194

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：峰后巖體宏細(xì)觀破裂過程數(shù)值模擬方法及應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：257839