基于DDARF改進方法的節(jié)理巖體穩(wěn)定性分析及控制.pdf

1、隨著地下空間的不斷開發(fā)利用，巖石工程的項目和規(guī)模與日俱增，隨之而來的圍巖穩(wěn)定性問題也日益突出。巖體工程穩(wěn)定性評價的關(guān)鍵在于找到一種合適的方法對其進行預(yù)測預(yù)警。工程巖體是一種非連續(xù)體，含有大量的不連續(xù)面，力學(xué)性質(zhì)很大程度上受制于這些不連續(xù)面的性質(zhì)，因此石根華博士提出的非連續(xù)變形分析方法無疑是研究節(jié)理巖體穩(wěn)定性的最理想選擇。為了再現(xiàn)并分析節(jié)理巖體裂隙擴展的全過程，本文以非連續(xù)變形分析方法DDARF為主線，研究內(nèi)容貫穿數(shù)值算法的前處理改進以及

2、計算方法的二次開發(fā)，輔以理論分析和室內(nèi)試驗，并將研究成果應(yīng)用于沂蒙抽水蓄能電站、巴底抽水蓄能電站等地下工程穩(wěn)定性分析中。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　(1)建立了DDARF與AutoCAD的前處理建模耦合程序。采用Monte-Carlo方法在AutoCAD可視化界面中生成隨機節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模型，通過AutoCAD與DDARF的耦合模塊將所建模型導(dǎo)入DDARF中并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)文件，將其應(yīng)用于沂蒙水電站工程，對水電站洞室群開挖順序

3、和錨固方案進行了優(yōu)化分析。
　　(2)建立了DDARF多元化網(wǎng)格劃分方法，將數(shù)值模型根據(jù)研究需要劃分為多個子模型，每個子模型可以單獨設(shè)定不同的網(wǎng)格密度，設(shè)定完成后合并為完整模型。方法實現(xiàn)的目的在于既滿足研究對象的計算精度，又能控制數(shù)值計算的總網(wǎng)格規(guī)模。將DDARF多元化網(wǎng)格劃分方法應(yīng)用于巴底水電站等工程，對圍巖穩(wěn)定性進行了分析計算。
　　(3)針對大多數(shù)情況下所研究工程巖體呈現(xiàn)的彈脆性特性，建立了DDARF彈脆性本構(gòu)模型，采

4、用最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則和莫爾-庫侖準(zhǔn)則對塊體應(yīng)力狀態(tài)進行判斷。將DDARF彈脆性本構(gòu)模型應(yīng)用于地下工程開挖，與源程序中線彈性本構(gòu)模型進行了數(shù)值對比。
　　(4)對DDARF錨桿支護形式提出了新的思考，假定巖體的變形主要由不連續(xù)面的變形引起，將錨桿所穿過的不連續(xù)面處沿錨桿軸向和切向添加彈簧，同步模擬錨桿的軸力和剪力作用，實現(xiàn)了全長剪切錨桿的模擬;提出了增強圍巖強度參數(shù)的等效模式，來模擬DDARF中錨桿對圍巖的支撐作用。同時，實現(xiàn)了對DDA

5、RF中錨固作用的拉拔失效和滑脫失效的判斷，并與室內(nèi)試驗結(jié)果進行了對比分析。
　　(5) DDARF主要依靠輸入時間步數(shù)來控制計算的結(jié)束，這具有較大的主觀性，針對該弊端，建立了位移收斂準(zhǔn)則，實現(xiàn)了對DDARF計算程序終止的系統(tǒng)自動判斷;分析了超松弛因子對計算收斂的影響，得到了DDARF數(shù)值分析時超松弛因子合理的取值范圍。
　　(6)對節(jié)理試件的裂隙擴展機理進行了室內(nèi)試驗和DDARF數(shù)值分析，兩者吻合度較高，佐證了DDARF模擬

6、裂隙擴展的優(yōu)勢，分析了節(jié)理角度、長度、位置等對試件裂隙擴展的影響，并分析了DDARF節(jié)理參數(shù)對裂隙擴展的敏感性。同時，研究了開挖影響下節(jié)理洞室圍巖裂隙擴展的機理，總結(jié)了地應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù)對裂隙擴展的影響規(guī)律。
　　(7)分析了利用塊體理論預(yù)測預(yù)警巖體工程中關(guān)鍵塊體的方法，并簡單介紹了基于塊體理論的幾種開發(fā)軟件;研究了DDARF如何確定巖體工程中的關(guān)鍵時刻或關(guān)鍵部位，進而對非連續(xù)變形分析中的關(guān)鍵時刻或部位進行支護控制，對地下工程的布錨