深隧道的开挖破坏是最重要的一个因素,隧道结构的失败。为了研究隧道形状和裂缝几何形状的影响,传统SPH方法中的核函数已得到改进,从而实现颗粒的脆性断裂特征,可以称为平滑粒子流体动力学的改善内核(IKSPH-2D)。同时,IKSPH随机裂隙生成方法已经被提出。不同隧道形状、裂缝几何形状和位置被认为是在隧道开挖的模拟,结果表明,(1)典型的“V”形剪切破坏区出现在隧道开挖后,符合工程实践。与此同时,隧道开挖也有一个“激活”效应在先前存在的裂缝。(2)圆形隧道的稳定性是最好的,虽然马蹄形状的隧道是更糟的是,“U”形隧道是最坏的打算。(3)裂缝与小型和大型倾斜角度对隧道开挖的稳定性影响最大的。与裂缝数量和长度的增加,隧道往往是不稳定的。(4)IKSPH方法从传统网格有限元法获得自由,它可以动态地反映隧道开挖的断裂过程。与此同时,开发3 d IKSPH并行程序将是未来的发展方向。
一个bstract>大量的大型水电站开发中国西部水电资源丰富。然而,这些项目大多建在高山之间,以及隧道的挖掘将导致相关的应力场,从而导致开挖损伤区(开发区)
总应力张量<我nl我ne-formula>
在哪里<我nl我ne-formula>
在哪里<我nl我ne-formula>
IKSPH更新压力组件通过更新利率的压力。通过引入Jaumann率、剪切应力张量<我nl我ne-formula>
在哪里−
在IKSPH每个粒子,应该满足三个方程,即(1)密度方程,动量方程(2),(3)运动方程,可以写成
在哪里<我nl我ne-formula>
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没有公认的岩石断裂准则适用于所有材料到目前为止。因此,最大主应力准则的改进形式采用了我们的论文,原因如下:
形式简单,不需要复杂的公式推导
公式有更少的参数,这些参数可以很容易地获得,可以应用于工程实践
因此,最大主应力准则的改进形式可以写成
在哪里<我t一个l我c>σf
和<我t一个l我c>τf
拉伸和剪切应力的破坏面。<我t一个l我c>σt
岩体的抗拉强度。<我nl我ne-formula>
我们可以看到从IKSPH控制方程(
在哪里<我nl我ne-formula>
IKSPH颗粒的断裂过程。
复杂裂缝几何形状和位置存在于深隧道工程围岩质量。因此,有必要利用统计概率方法考虑随机裂隙分布的影响在隧道开挖损伤。在本节中,介绍了随机裂隙几何生成方法提供初步的准备工作为一代又一代的随机裂隙在下面IKSPH粒子。
生成随机裂缝的第一步是生成随机数。介绍了蒙特卡罗方法,线性同余法用于生成均匀分布随机数,可以表示为
在哪里<我nl我ne-formula>
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对于二维问题,可以以每个裂缝中间点坐标(<我nl我ne-formula>
因此,裂纹端点的坐标然后由方程(
为了描述岩石材料的非均质性,异构性系数<我nl我ne-formula>
在哪里<我nl我ne-formula>
为方便计算,只有抗压强度的异质性。二维模型的大小<我nl我ne-formula>
对比IKSPH结果和先前的实验结果。
岩体的物理参数。
建立了IKSPH数值模型根据习近平隧道的工程实践。模型的大小<我nl我ne-formula>
计算条件。
IKSPH数值模型和粒子分布。
隧道开挖步骤IKSPH程序如下:首先,运用习近平隧道的地应力模型边界,水平应力<我nl我ne-formula>
图
在不同的隧道开挖损伤范围的形状。(一)圆形洞。(b)马蹄形洞。(c)“U”形的洞。
图
隧道开挖损伤统计在不同的形状。(一)圆形洞。(b)马蹄形洞。(c)“U”形的洞。
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开挖损伤范围在不同裂缝倾角角度。(一)<我nl我ne-formula>
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开挖损伤数在不同裂缝倾角角度。(一)<我nl我ne-formula>
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开挖损伤范围在不同裂缝数量。(一)<我nl我ne-formula>
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开挖损伤数在不同裂缝数量。(一)<我nl我ne-formula>
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开挖损伤范围在不同裂缝长度。(一)<我nl我ne-formula>
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开挖损伤数在不同裂缝长度。(一)<我nl我ne-formula>
为了研究离散化的影响,模型选择A1进行分析,设置和不同数量的粒子:a_11:<我nl我ne-formula>
对比不同的粒子数。40000 (a)粒子数。62500 (b)粒子的数量。90000 (c)粒子的数量。
为了验证该方法的合理性,隧道的开挖破坏没有裂缝模拟和数值结果与工程实践(
对比IKSPH结果和工程实践。(一)IKSPH结果。(b)工程实践(
同时,与传统的有限元法相比,该IKSPH方法可以摆脱传统的网格,不需要特殊的治疗应用于裂缝随机裂纹传播技巧和可以实现的。IKSPH计算属性才能真正反映隧道开挖的实际状况,可以应用于岩石力学工程。
应该强调的是,实际的岩石工程是复杂的三维问题。然而,3 d IKSPH程序计算效率低的缺点。因此,未来的研究应该集中在3 d并行IKSPH计划的开发和应用。
内核函数在传统SPH方法被引入改进的骨折<我t一个l我c>ξ我t一个l我c>,它可以实现岩石力学的脆性断裂特征
随机裂缝提出了生成方法,可实现随机裂缝的代IKSPH粒子,可以更好地反映岩体的真实特征
隧道的开挖不仅产生损伤周围区隧道,也有一个“激活”效应在先前存在的裂缝
隧道形状、裂缝长度、倾角角度,裂缝数量都对隧道开挖损伤有很大的影响。损伤区主要发生在最大主应力的方向,以及拉伸断裂的计数更比剪切破坏
IKSPH方法验证通过比较计算结果与工程实践。同时,开发3 d并行IKSPH项目将成为未来的研究热点
程序数据用于支持本研究的结果还没有申请专利,因为它是可用。
任许华,Yu Shu-Yang王Hai-Jun,张Ji-Xun,和太阳Zhao-Hua宣布他们没有利益冲突。
任许华提供想法,Yu Shu-Yang做了数值模拟并写了初稿,和王Hai-Jun张Ji-Xun,和太阳Zhao-Hua编辑草案。
我们承认金融支持的国家自然科学基金(批准号U1765204),“中央大学”的基础研究基金(B210203078)和国家自然科学基金(51409170)。
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