岩体地下洞室准三维有限元解析及应用

《岩体地下洞室准三维有限元解析及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西安理工大学博士学位论文岩体地下洞室准三维有限元解析及应用姓名：石广斌申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：李宁;安盛勋20061001摘要岩体地下洞室准三维有限元解析及应用学科名称：岩土工程作者：石广斌导师：李宁安盛勋摘要答辩日期：作者签名：导师签名：岩体地下洞室开挖支护过程模拟是非常复杂的力学作用过程。工程上常常简化二维平面问题模拟，以避免三维分析建模的巨大工作量和复杂地质构造体模拟的困难，然而由于岩体初始地应力、地质构造面等的影响，单纯的常规二维分析模型，往往给分析造成较大的误差，本文提出了一种既能考虑不同空间地应

2、力方向及地质构造面空间影响，又能使分析模型简化成二维模型的准三维有限元模型，主要研究成果为：(1)建立了准三维6结点三角形实体单元有限元解析模型，编写了相关分析软件，通过算例对比分析验证了数值模型的可靠性与所编软件的分析精度。(2)建立了6结点准三维接触单元有限元解析模型，编写了相关分析软件，通过算例对比分析验证了数值模型的可靠性与所编软件的分析精度。(3)建立了准三维6结点四边形曲梁单元有限元解析模型，编写了相关分析软件，通过算例对比分析验证了数值模型的可靠性与所编软件的分析精度。(4)通过分析水平主应力方位与地下洞室轴线

3、方向夹角B对平面、准三维、三维模型分析结果的影响得出：a)分析剖面内准三维模型的变形误差不超过10％，而平面达到20．0％；b)准三维模型应力误差不大于8．0％，而平面模型的应力误差一般在20％～30％；c)当B≤15。或B≥75。，准三维模型应力误差小于5．O％，平面模型达到15．O％，可用平面和准三维模型分析；而当15。<13<75。，准三维模型应力误差小于8．0％，平面模型误差在20％一30％，不宜用平面模型分析，而宜用准三维或三维模型分析。(5)通过分析岩体结构面走向与地下洞室轴线方向夹角u对平面、准三维、三维接触模

4、型分析结果的影响得出：a)m对准三维接触单元分析结果影响率为6．O％～18．0％，平面接触单元为8．O％～30．O％；b)当∞≤15。，准三维模型误差小于8．0％，平面模型达到15．O％，可用平面和准三维模型分析；当15。<∞≤30。，西安理工大学博士学位论文准三维模型误差小于12．0％，平面模型达到23．0％，宜用准三维或三维；当∞>30。，准三维模型误差达到18．O％，平面模型超过30．O％，宜用三维模型分析。(6)用准三维模型分析了拉西瓦大型地下洞室围岩稳定性，得出如下结果：a)准三维所得的围岩变形量与实测值相差5～1

5、0％，而三维与实测值误差也在5～10％；b)准三维模型围岩变形规律与三维基本一致，数值的量级也基本相同，误差不大于5．0％～lO．O％；c)准三维模型围岩塑性区分布范围和深度，在顶拱和边墙部位与三维结果均基本相同，在洞室交叉口等三维效应复杂处，准三维要比三维约大lO～15％。(7)准三维有限元在建模精细化和大型洞室围岩支护优化分析方面要比三维有限元有着明显的优势：比普通二维分析精度明显提高。关键词：准三维实体单元，准三维接触单元，准三维曲梁单元，误差分析，地下洞室本研究得到青海省重大科技公关项目(LXW一(2005)第23号

6、)和西北勘测设计研究院专项科研基金联合资助(XBY200200003)、(XBY200400004)。Ⅱ摘要FEMSOLUTIONONQUASIjTHREE-DIMENSIONALROCKTUNNELSSubject：GeotechnicaIEngineeringDateofdebate：Author：ShiGuangBinSignature-Tutor：LiNingAnShengXunSignature：AbstractThesimulationfortheexcavationandsupportoftheundergro

7、啪dopeningisanextremelycomplexprocess．Usuallynumericalanalysisaresimplifiedintotwo-dimensional,toavoidthegiantworkloadandcomplexgeologicstlugtomdescriptioninfluee-dimensionalmodel．Howeverbecauseoftheinfluenceof3-Dinitialstress，thegeologicaltectonicstⅢc钿旭s，thetraditi

8、onaltwo-dimensionalmodelonmintroducesahugeerrortotheresults．Inthethesis,amodeltobeabletoconsiderboththedifferentinitialstressorientationandthegeo