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裂隙性围岩力学特性和破裂机理的颗粒流数值模拟研究
| 论文题名： | 裂隙性围岩力学特性和破裂机理的颗粒流数值模拟研究 |
| 关键词： | 隧道工程;洞室围岩;节理裂隙;力学特性;破坏机理;颗粒流;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国地下工程建设速度的加快，隧洞在施工的过程中面临的地质条件越来越复杂，尤其是洞室围岩存在的节理裂隙不仅破坏了岩体的整体性，而且直接影响洞室围岩的受力及变形破裂方式，因此对裂隙性围岩的力学特性和破坏机理进行研究具有重要的理论和实际意义。但理论和室内试验研究方面的局限性制约了其研究进展，为更好地从细观方面研究洞室围岩在开挖过程中的力学特性和破坏机理，可采用数值模拟方法进行研究。本文以大相岭泥巴山隧道为工程背景，在对室内裂隙性流纹岩单轴和城门拱形洞室双轴压缩的基础上，采用基于离散单元法的颗粒流程序PFC2D模拟裂隙性岩体在单轴压缩下及裂隙性围岩在双轴压缩下的力学特性和破坏机理。本文研究的主要内容和得到的成果如下: (1)阐述了离散元颗粒流PFC2D程序的基本原理;通过对颗粒细观参数的调试，讨论了颗粒间平行粘结细观参数和摩擦系数对岩体试样宏观参数的影响:平行粘结刚度主要影响弹性模量，平行粘结强度主要影响峰值强度，半径系数对弹性模量和峰值强度均有较大影响，摩擦系数在(0，2)范围内对弹性模量和峰值强度影响较大，继续增大影响较小;确定裂隙性流纹岩试样合理的细观参数。 (2)采用PFC2D数值模拟了流纹岩试样的单轴压缩试验，通过对比室内试验和数值模拟结果验证了采用PFC2D进行力学特性和破坏机理研究的可行性，然后从细观方面对岩样的破坏机理进行分析。 (3)结合宏观和细观方面分析了不同的预置裂隙参数（单裂隙的角度、断续双裂隙的岩桥倾角）对岩体试样强度特征和裂纹扩展模式的影响。 (4)对城门拱形隧洞试样进行双轴压缩数值模拟试验，根据城门拱形洞室双轴压缩室内试验结果，从洞室围岩的破裂模式以及拱顶和侧壁的应变分析验证了其可行性，然后从洞室围岩的裂纹扩展模式、裂隙发育特征以及接触力等的变化特征，对洞室围岩的破裂机理进行分析。 (5)在城门拱形洞室的不同位置预置不同倾角和不同规模的节理，研究节理的存在对洞室围岩的强度、破坏模式及洞室围岩稳定性的影响规律。 |
| 作者： | 王振永 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 邓荣贵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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