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《大型地下厂房围岩三维粘弹塑性数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第1期防灾减灾工程学报Vol.30No.12010年2月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringFeb.2010X大型地下厂房围岩三维粘弹塑性数值模拟12张明鸣,周先齐(1.河海大学水电学院,南京210098;2.河海大学岩土工程科学研究所,南京210098)摘要:目前,地下工程围岩尤其是大型岩石地下工程围岩的粘弹塑性分析研究少见报道。针对这种情况,本文根据西原粘弹塑性流变模型相关理论开发了hhu2vp流变计算软件,以用于大型岩石地下工
2、程围岩粘弹塑性流变数值模拟分析;并以一简单算例与软件FLAC23D比较,结果偏差在容许范围内。将其应用于水布垭大型地下洞室围岩流变研究中,对该地下洞室的施工开挖及支护处理过程进行了模拟,提出了支护处理意见,并对其运营期的长期稳定性作出了评价。关键词:粘弹塑性;地下洞室;三维有限元;西原模型中图分类号:TU457文献标识码:A文章编号:167222132(2010)0120041207体和裂隙塑性体两种非线性元件,并将它们和描述0引言衰减蠕变特性的开尔文体及描述瞬时弹性的虎克体相结合,建立了1种可描述软岩的
3、新的复合流变力岩石流变力学特性是岩石重要的力学特性之学模型。部分学者针对盐岩也做了很多粘塑性性质[12214]一,岩石工程的长期稳定性与之紧密相关。岩石流变的研究,但是由于盐岩的特殊性质与土木工程模型是岩石流变力学理论研究中非常重要的组成部中遇到的大多数岩体有一定差别,不能完全适用于分,是目前岩石流变力学研究中的热点和难点之一。地下洞室开挖的卸荷岩体。由此可见,关于地下洞室选用合适的流变模型,对研究岩体工程的长期稳定开挖卸荷的粘弹塑性数值模拟问题尚有待解决,而性有着重要意义。造成此状况的原因之一,就是现有
4、大型商业软件中目前,由于受到试验条件和试验设备的影响,岩所提供的流变模型较少,并不能很好地模拟达到塑石流变模型理论发展还不成熟,能反映岩石非线性性流变状态岩体的流变变形,例如ANSYS、FLAC流变特性的研究成果不多。当前,业界在模拟岩石地中,都没有适用的粘弹塑性流变模型模块。下工程开挖时,多把岩体作为弹塑性或粘弹性材料鉴于此,本文基于三维粘弹塑性有限元计算原进行三维稳定性分析。将岩体作为弹塑性材料[125]研理,自主开发了适用于粘弹塑性流变模型的软件究,能很好地描述岩体卸荷后发生塑性变形的状态,hhu2
5、vp,并采用该软件对水布垭水电站地下厂房长期稳定性进行了计算分析,以促进岩石粘弹塑性流但对于地下高地应力且施工区域存在软弱夹层的工变模型在工程实践中的应用。程岩体而言,显然不能反映其明显的蠕变变形特征。[6]而若视此状态下的岩体为粘弹性材料,虽然能够反映岩石的流变特性,但不能描述开挖引起的卸荷1三维粘弹塑性有限元计算原理塑性流动变形和塑性区的形成。文献[729]将损伤因111采用模型及其本构关系子和能量耗散引入粘弹性模型,虽然从流变形成机理上改进了元件模型,但是依然没有解决塑性流变本文采用西原模型,如图1
6、所示:[10]问题。韦立德等根据岩石粘聚力在流变中的作当{R}<{f}时,复合体实际上是用Kelvin模型描用,提出了一个新的SO非线性元件模型,建立了新述的粘弹性体。总的应变可看成由两部分组成,即:[11]的一维粘弹塑性本构模型;陈沅江等提出了蠕变{E}={Ee}+{Eve}。而t+$t时刻的{Eve}由下式得到:X收稿日期:2009204222;修回日期:2009205209作者简介:张明鸣(19792),男,博士研究生。主要从事岩土工程数值模拟研究。Email:zhangmingming@pdiwt
7、.com.cn©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net42防灾减灾工程学报第30卷粘性应变增量为粘塑性应变增量{$Evp}与{$Eve}之和,即{$Ev}i={$Eve}i+{$Evp}i(9)图1西原模型将{$Ev}i代入式(2),求得粘性变形所引起的Fig.1Japanesevisco2elasto2plasticmodel附加节点力。注:E1、E2为弹性元
8、件,G1、G2为粘性元件,f为摩擦元件为了保证计算结果满足收敛和稳定条件及一定的精度(文献[13]),必须选择适当的步长。q0{Eve}t+$t={Eve}texp-$t+对于德鲁克2普拉格屈服函数,时步限制条件为q14G(1+L)F0[A]{R}q0$tmax≤õ3J2(10)1-exp-$t(1)3EFq2q1(1+L)(1-2L)F0G假设在$t时间内{R}不变,于是可以得到该时$tmax≤õE段的{$Eve}i,该时段
