基于等效连续介质颗粒体模型巷道围岩力学行为数值模拟

摘要

本文将岩石视为等效连续介质，即由颗粒、界面及基体或孔隙构成的颗粒体材料。采用了两种颗粒体模型：一种是含孔隙的颗粒体模型，另一种是含基体的颗粒体模型。利用FLAC 研究了不同参数对巷道开挖之后围岩中的应力、应变及破坏区的分布及演变规律的影响。研究表明：随着巷道半径的增大，呈圆环形的剪切应变增量与最小主应力的高值区的圈数、呈辐射状的最大主应力的高值区的延伸范围及剪切应变增量的最大值都呈先慢后快的增长趋势。颗粒体材料模型在压应力作用下诱发出的拉应力的值接近于在模型边界上所施加的最大压应力，而最大压应力竟然是所施加的最大压应力的若干倍。围岩层裂现象的原因被认为是环向的高压应力和径向的高拉应力的共同作用。随着粒径尺寸的降低，呈圆环形的剪切应变增量的高值区的圈数有所增加，其间距(与颗粒平均直径大致相同)有所降低；呈辐射状的最大主应力的正高值区(受拉区)的范围有所减小。最小主应力的负高值区(受压区)与剪切应变增量的高值区呈现类似的规律，这两种高值区与压力拱的形态基本一致。随着基体强度参数的降低，巷道围岩中的应变集中区向深部转移，形成相互交织的滑移线网，滑移线网的位置主要位于基体和界面中。颗粒尺寸大时的结果与分区破裂化现象相近。由此提出了它的一种可能机制：节理岩体中的若干岩块由于自组织作用而被挤成1圈。如果应力水平足够高，就可以形成多条环向的被未破坏区隔开的破坏区。

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1 引言

1.1 研究意义

1.2 研究现状及存在问题

1.3 本文工作

2 颗粒体模型建立及计算过程

2.1 生成颗粒堆积体

2.2 切割模型

2.3 确定界面的尺寸与位置

2.4 剖分单元

2.5 单元本构关系

2.6 加载与计算

3 含孔隙的颗粒体模型的计算结果与分析

3.1 巷道尺寸的影响

3.2 侧压系数的影响

3.3 粒径尺寸的影响

3.4 巷道形状的影响

3.5 本章小结

4 含基体的颗粒体模型的计算结果与分析

4.1 基体参数的影响

4.2 粒径及侧压系数的影响

4.3 本章小结

5 结论

参考文献

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