浅谈基于能量耗散分析的裂隙岩体与结构共同作用研究

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1、中国科学院研究生院博士学位论文基于能量耗散分析的裂隙岩体与结构共同作用研究姓名：张中生申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：朱维申20030201摘要本文通过理论分析、数值模拟及工程实例系统深入地研究了基于能量耗散分析的裂隙岩体与结构共同作用下的围岩稳定性，并给出围岩稳定性的综合评价标准。完成了以下工作：l、根据岩体开挖力学特性的非线性和不可逆过程性质，从理论上研究了各种形式的能量耗散的表征。提出了运用现场岩体力学试验资料宏观地考虑能量耗散对本构关系影响的方法，并建立了考虑能量耗散的三维裂隙岩体脆弹性和弹塑性本构方程。2、提出了地下结构的变几何力学模型，试图从理论上建立地

2、下结构变几何力学分析体系。针对地下结构变几何力学分析，提出一种总刚动态存储法，提高了求解效率、节约了内存和减少总刚再次形成时间。3、针对考虑耗散的裂隙岩体和变几何变荷载的地下结构，建立了有限元法在地下洞室开挖与支护过程中的仿真模拟过程及其稳定性分析。并提出了施工优化过程围岩稳定性评价标准。4、将本文的研究成果编制成有限元程序，对工程开挖与支护实例进行稳定性及其施工优化的计算，并和传统的计算结果进行比较。结果表明了本文模型的合理性及优越性。关键词：能量耗散裂隙岩体变几何结构共同作用动态存储有限元法ABSTRACTZHANGZHONGSHENG(GEOTECHNICENGINEE

3、RING)DirectedbyProf．ZhuWeishenThroughtheoreticalanalysis，nmnericalsimulationandengineeringinstance，thestabilityanalysisofsurroundingrockmassissystematicallystudiedinthisthesis．、而tIlinteractionoffissurerockmassandthestructurebasedontheenergydissipation．Thesyntheticalcriterionisproposedforest

4、imatingthestabilityofthesurroundingrockmass．Severalaspectshavebeenstudied．including：1、Accordingtothenonlinearandunreversiblemechanicalpropertiesofrockmassexcavation，thetokenofenergydissipationistheoreticallystudied．Themethodisproposedtotheanalysisinthemassontheeffectofenergydissipationtothe

5、constitutiverelationshipusingtheexperimentaldataofrockmassmechanicsinsitu．The3-Dbrittle—elasticandelasto-plasticconstitutiveequationconsideringtheenergydissipationissetup．2、Akindofmechanicalmodelisputforwardforthegeometrystructuralchangingintheundergroundengineering．Itisatrytotheoreticallys

6、etupasystemforthemechanicalanalysisofthegeometrystructuralchanging．Amethodofdynamicmemory．allocationforgl【obalstiffnessmatrixisproposed．Therefore，thesolutionefficiencycouldbeimproved，andthememorycouldbesavedandthereformingtimeoftheglobalstiffnessmatrixcouldalsobedecreased．3、Onthebasisofthef

7、issurerockmassconsideringtheenergydissipation，theundergroundstructureofgeometrychangingandloadchanging，weestablishedFEManalysisforthesimulationandthestabilityofundergroundcavcrnexcavationandsupporting．Besides，stabilityevaluationcriteriaofsurroundingrockm