不同地应力特征及不同屈服准则对地下洞室稳定性影响研究

作     者：孙林锋 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱维申

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：地应力 埋深 侧压力系数 轴线方向 Z-P准则 二次开发 

摘      要：我国水利资源十分丰富,特别是西南地区,蕴藏着巨大潜力。近年进入规划和设计的西南水电站的建设,正在蓬勃发展。而这些工程多处在高山峡谷地区,电站厂房群采用地下开挖的方法是一个发展趋势。因此,地下工程的稳定性是一个重要的研究课题。 地下工程围岩稳定性是一个多因素影响的问题,地应力是重要影响因素之一。本文采用数值分析软件FLAC,以双江口工程地下厂房洞群结构为主要背景,主要考虑了4个特征因素,即围岩主要力学参数、洞室埋深、水平向地应力侧压系数、厂房纵轴线与水平向最大主应力夹角这四个因素,采用边墙关键点位移、塑性区及围岩劈裂破坏判据的分析方法,开展多个因素影响下的数值分析,研究不同地应力特征对洞室围岩稳定性的影响。基于对各个因素的分析,在前人提出的边墙关键点位移预测公式基础上,提出在真三维应力条件下的修正公式,使该公式能够预测真三维计算模型的边墙关键点位移。对于厂房纵轴线与水平向最大主应力夹角这一因素,分别依据边墙关键点位移、塑性区体积、劈裂区体积最小的原则计算得到:在不同地应力条件下,最有利于洞室围岩稳定的最大水平主应力和洞室轴线夹角θ,即洞室轴线方位的最优选择。 对FLAC后处理方面的不足,以前人的FLAC-Tecplot的后处理数据转换程序为基础,在该程序中添加了围岩劈裂破坏判据,实现劈裂区判别和数据转换的整合。 在地下洞室稳定性分析时,岩石屈服准则的选取也是围岩稳定性研究的一个重要环节。本文以Zienkiewicz-Pande剪切屈服条件为基础,加入拉应力破坏屈服条件,建立基于Zienkiewicz-Pande剪破坏屈服条件和拉应力破坏屈服条件的复合本构模型。利用FLAC的二次开发接口,在VC++7.1环境下,将Zienkiewicz-Pande复合本构模型程序化,并被FLAC调用和计算。最后,分别采用开发的Zienkiewicz-Pande模型和FLAC中自带的Mohr-Coulomb模型、内切圆锥Druker-Prager模型和外接圆锥Druker-Prager模型,对双江口水电站地下厂房洞室群开挖的围岩稳定性进行计算,对照各种围岩破坏指标,论证了不同屈服准则对洞室围岩稳定的影响,并验证了本文开发的Zienkiewicz-Pande模型的正确性和合理性。