安世亚太：地下厂房系统围岩稳定三维弹塑性分析

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1、安世亚太：地下厂房系统围岩稳定三维弹塑性分析

2、第12　研究目的及内容地下厂房系统施工期围岩的整体安全稳定问题是控制水利水电工程建设的关键问题之一，国内外大型地下洞室群都要采用地下厂房岩石力学试验、地应力测试、试验洞现场观测、工程岩体分级、有限元数值计算等多种手段，对地下厂房围岩稳定性问题进行综合分析和研究，其中整体围岩稳定弹塑性有限元计算方法已经逐渐成为地下厂房围岩稳定分析的一个必选项目。根据地下厂房系统的结构形式、地质条件和施工运行特点，该地下洞室群的整体围岩稳定计算将重点研究地下厂房等大跨度洞室高边墙、主厂房与主变隔墙、顶拱、洞室交叉口、断层、地质构造带和其它重要部位岩体结构

3、的安全稳定问题，对其应力应变和变形的分布特征、施工成洞条件、整体安全稳定性进行分析评价，进行地下洞室群围岩变形预测研究。计算时重点模拟地下厂房系统的主要结构形式、厂区附近的主要地质构造，考虑初始地应力对围岩稳定的影响，考虑对围岩稳定有利的各洞室开挖方式及开挖顺序，通过选取不同的地质参数进行洞室围岩稳定的对比分析。3研究方法ANSYS程序功能完善，成果可靠，是国际上应用最广泛、最具有权威性，并通过ISO9001认证的大型有限元计算软件。为用户提供了一百多种单元，所建模型能较全面地反映真实的工作状态，几乎能覆盖所有工程问题。ANSYS程序可研究多种材料非线性，如：塑性、蠕变、粘塑性等

4、。非线性有限元增量形式的基本方程为:[k]{Δδ}i={ΔR}i+{ΔRp}+{R}　　　　　　　　　　　　　(1)式中：{R}为迭代过程中产生的不平衡力,{ΔR}i为荷载增量,{ΔRp}为非线性等效结点荷载:{ΔRp}=Σe∫Ωe[Ce][B]T{Δσp}dv{Δσp}=[Dp]{Δε}i-1　　　　　　　　　　(2)由此可得:{δ}i={δ}i-1+{Δδ}i{σ}i={σ}i-1+{Δσ}i　　　　　　　　　　　(3)由（1）（2）（3），可通过多次迭代，求得非线性有限元的单元应力{σ}、应变{ε}和结点位移{δ}。岩石按理想弹塑性材料考虑，使用Drucker-Prager

5、屈服准则，考虑了由屈服而引起的体积膨胀。其等效应力的表达式为:σe＝3βσm+(4)其中:σm＝平均应力或静水压力＝{S}＝偏差应力β＝材料常数[M]＝Mises屈服准则中的[M]上面的屈服准则是一种经过修正的Mises屈服准则，它考虑了静水应力分量的影响，静水应力（侧限压力）越高，则屈服强度越大。材料常数β的表达式如下：(5)材料的屈服参数定义为(6)其中：C为凝聚力，φ＝内摩擦角（DP材料的输入值）。屈服准则的表达式如下：(7)采用“死单元”功能来模拟洞室的开挖过程。挖去的单元将成为“死单元”，程序将其刚度矩阵变成一个很小的值。“死单元”的单元载荷和质量将设为零，因此不对载荷

6、向量生效，其质量和能量也不包括在模型求解结果中。