工程岩体渐进破坏的广义粒子动力学数值模拟

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1、工程岩体渐进破坏的广义粒子动力学数值模拟重庆大学博士学位论文学生姓名：赵毅指导教师：周小平教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年十一月ANumericalStudyofRockMassProgressiveFailureBasedonGeneralParticleDynamicsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByZhaoYiSupervisedbyProf.Zhou

2、XiaopingSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaNov,2015中文摘要摘要复杂受力条件下各类大型岩体工程的稳定性历来备受关注，无网格法作为数值分析的一大类方法，在描述工程结构体渐进破坏，模拟岩石材料的裂纹扩展方面具有优势，可用于判断工程的稳定性，是目前岩土工程数值分析方法领域的一个研究热点。本文基于学者对无网格算法的已有研究，提出应用于岩石工程领域的广义粒子动力学法（GeneralParticleDynamics,GPD法）

3、。研究工作主要有以下几个方面：①提出适用于岩石类材料渐进破坏模拟的无网格GPD法。方法基于连续介质守恒方程，用威布尔统计学方法描述岩石不均质特点，采用岩石本构方程和岩石力学的参数，沿用无网格配点法中光滑粒子流体动力学（SmoothedParticleHydrodynamics，SPH）方法的离散思想，引入岩石屈服准则等，使得GPD法能较好的模拟弹脆性岩石材料的裂纹扩展。②无网格GPD法作为动态数值模拟方法，用于准静态力学模型。基于岩石单轴压缩GPD模型，模拟二维和三维岩样中裂纹的扩展，同时考察岩样模型的应力场、应变场、破坏模式等，模拟结果与单轴压缩实验结论进行对比，考

4、察GPD程序在准静态试验中的可靠性。③无网格GPD法用于简单边坡渐进破坏数值模拟。将强度折减法（Shearstrengthreductionmethod，SRM）融入GPD法，通过临界强度折减系数（Shearstrengthreductionfactor，SRF）定义了配点型无网格算法中边坡的安全系数，用于评价岩质边坡的稳定性。④无网格GPD法用于混凝土抗滑桩加强型简单边坡渐进破坏的数值模拟。将抗滑桩加固边坡看做抗滑桩和岩质边坡两种材料耦合作用的模型，在GPD法中融入耦合边界条件和边界粒子作用方式，在无网格法自适应的特点下，可实现对抗滑桩加固岩质边坡稳定性的评价。⑤弹

5、塑性GPD法的建立。将考虑剪胀性的弹塑性理论引入GPD法，同时将隧道模型简化为弹塑性圆形隧道模型，采用GPD法从塑性角度评估、描述围岩稳定性。⑥建立考虑动态特征的GPD法，并应用于岩爆模型。将适用岩石“高地应力+动态扰动”力学状态的含率效应的HJC强度模型引入GPD法，用于判断隧洞中岩石GPD粒子屈服，在含不同预置裂纹的圆形隧道模型中，实现GPD法对深部围岩岩爆的模拟。⑦以锦屏二级水电站隧道为研究背景，采用理论分析、GPD数值模拟方法对I重庆大学博士学位论文引水隧洞、辅助隧洞的稳定性进行了研究。通过GPD法对锦屏二级水电站隧道的力学场量、围岩渐进破坏、围岩坍塌等进行精

6、细模拟，尝试GPD法用于预测工程岩爆发生的位置和强度。关键词：配点无网格法，GPD法，岩爆，渐进破坏，稳定性分析II英文摘要ABSTRACTThestabilityofrockengineeringwhichinfluencedbythecomplexstressconditions，Meshlessmethodiscapableofdealingwiththeproblemofprogressivefailure,Itispopmethodofresearchforthenumericalmethodingeotechnicalengineering.Basedon

7、thepreviousresearchworkofmeshlessmethod,GeneralParticleDynamics（GPD）methodisproposedtoapplytogeotechnicalengineering.Themainworksandresearchfindingsarewrittenasfollowing:①Anovelmeshlessgeneralparticledynamics（GPD3D）method,whichbaseonconservationequationofsolid,isproposedinthisp