论文题目: 裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析及工程应用
论文类型: 硕士论文
论文专业: 水工结构工程
作者: 李涛
导师: 郭雪莽
关键词: 裂隙岩体,渗流,耦合,有限元法
文献来源: 华北水利水电学院
发表年度: 2005
论文摘要: 随着我国民经济的飞速发展,土木工程的规模日益增大,工程岩体在渗流与应力相互作用下动态平衡体系中的变形及稳定是许多工程学科面临的共同问题。据统计,90%以上的岩石边坡破坏与地下水渗透力有关,60%的矿井事故与地下水的作用有关,30～40%的水电工程大坝失事是由渗透作用引起的。可见,裂隙岩体渗流与应力耦合分析是岩体力学界一个很有意义但又十分复杂的课题,近年来,岩体渗流与应力(应变)耦合作用研究已成为岩体力学领域的热点之一。描述裂隙水流运动规律的立方定律是建立在平行板裂隙模型基础上得出的,本文以岩体水力学为基础,推导单裂隙非稳定流和变隙宽锲形裂隙渗流计算公式,提出单裂隙渗流系统对裂隙壁的剪切作用并给出了剪切力的计算公式。综述了裂隙岩体渗流分析与力学分析的各类数学模型,对于非双重介质模型—等效连续介质模型和离散裂隙网络模型分别给出了它们的有限元模拟公式,还进一步给出了结合上述两种模型优点的适用于复杂裂隙岩体的耦合统一模型。裂隙岩体渗流与应力的耦合作用研究,把岩体视为具有各向异性本构关系的等效连续模型,通过迭代的方法实现。即先不考虑耦合作用,进行力学、渗流计算,计算出各个节点应力、渗流力,然后把渗流力以节点荷载的方式施加到力学模型上进行力学计算,根据耦合关系,得出待求场的渗透系数,然后重复上述分析,直到收敛为止。本文以弹性力学为基本理论,推导了压力隧洞围岩应力和位移的计算公式,同时推导了在渗水条件下压力隧洞应力的计算公式,然后给出了压力隧洞渗流与应力的耦合方程,并给出了差分解法。工程应用方面,借助于有限元程序对重力坝坝基和岩石边坡进行渗流场与应力场耦合分析。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.2 渗流与应力耦合问题研究现状
1.2.1 多孔介质渗流与应力耦合
1.2.2 裂隙岩体渗流与应力耦合
1.2.3 渗流与应力耦合存在的问题
1.3 裂隙岩体渗流与应力(应变)耦合研究的发展趋势
1.4 本文的主要工作
第二章 裂隙岩体渗流基础
2.1 基本概念及岩体渗流的特点
2.1.1 岩石与岩体概念
2.1.2 岩体渗流的特点
2.2 裂隙岩体渗流基本理论
2.2.1 单裂隙岩体渗流规律
2.2.2 单裂隙非稳定流分析
2.2.3 变裂隙锲形裂隙渗流分析
2.2.4 单裂隙水流对裂隙壁施加的剪切力分析
2.3 裂隙岩体渗流模型
2.3.1 等效连续渗流模型
2.3.2 离散裂隙网络渗流模型
2.3.3 双重介质模型
2.4 裂隙岩体渗流问题有限元法
2.4.1 裂隙岩体渗流问题连续介质模型有限元法
2.4.2 裂隙岩体渗流问题离散介质模型有限元法
2.4.3 复杂裂隙岩体渗流的双重模型及其有限元模拟
2.5 小结
第三章 裂隙岩体非线性有限元分析
3.1 岩石材料的特性
3.1.1 岩石力学特性
3.1.2 岩石变形特性
3.2 裂隙岩体力学模型
3.2.1 连续介质模型
3.2.2 块裂介质模型
3.2.3 离散介质模型
3.3 裂隙岩体本构关系
3.3.1 岩块的本构关系
3.3.2 结构面的本构关系
3.4 裂隙岩体的屈服函数
3.4.1 Mohr-Colomb 屈服函数
3.4.2 Drucker-Prager 屈服函数
3.5 岩体非线性有限元法
3.5.1 非线性弹性有限元法
3.5.2 弹塑性有限元法
3.5.3 非线性有限元计算公式
3.5.4 非线性有限元解法
3.6 小结
第四章 裂隙岩体渗流与应力耦合作用研究
4.1 裂隙渗流对岩体稳定的影响
4.1.1 水对岩体强度的影响
4.1.2 水对岩体的力学作用
4.2 裂隙岩体应力或变形对渗流的影响
4.2.1 裂隙岩体应力与渗透特性的关系
4.2.2 裂隙岩体变形与渗透系数的关系
4.2.3 裂隙岩体应变与渗透系数关系
4.3 本文所采用的渗流与应力耦合关系
4.3.1 渗透系数与应力耦合关系
4.3.2 耦合关系的优缺点
4.4 裂隙岩体渗流场和应力场耦合作用及数值解法
4.4.1 耦合作用基本思想
4.4.2 耦合计算的基本步骤
4.4.3 耦合有限元程序简介
4.5 小结
第五章 压力隧洞稳定渗流与应力耦合数值分析
5.1 隧洞围岩应力的计算
5.1.1 基本方程
5.1.2 隧洞围岩应力和位移变化特性
5.2 隧洞围岩渗流与应力耦合分析
5.2.1 隧洞围岩内在渗水条件下的控制方程
5.2.2 隧洞围岩渗流分析
5.2.3 隧洞围岩内渗水条件下应力
5.2.4 隧洞围岩渗流与应力耦合数值解法
5.3 算例
5.3.1 基本情况
5.3.2 计算结果
5.4 小结
第六章 裂隙岩体渗流与应力耦合分析在工程中应用
6.1 重力坝裂隙岩基渗流场与应力场耦合分析
6.1.1 工程概况
6.1.2 计算模型
6.1.3 结果分析
6.2 裂隙岩坡渗流场与应力场耦合分析
6.2.1 工程概况
6.2.2 计算模型
6.2.3 结果分析
6.3 小结
第七章 结论与展望
参考文献
在读学位期间获奖、发表的学术论文及参加的科研项目
致谢
发布时间: 2008-07-18
参考文献
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