论文摘要
裂隙岩体的水力学特性对岩土工程活动产生重要影响,如地下洞室开挖的涌突水,大坝坝基修建,石油、地热开采,化学物品、核废料的埋藏,矿井设计等,都不可避免地涉及到裂隙水运动的问题。目前,对裂隙岩体渗流特性的研究,基于平行板模型导出的立方定律已广为岩土工程界所接受,许多学者进一步对立方定律的有效性做了大量研究,通过隙宽和粗糙度对立方定理进行修正。本文在总结前人研究结果的基础上,阐述了裂隙含水介质渗流应力耦合的基本理论,包括岩体结构面类型,单裂隙面力学变形性质,单裂隙渗流应力耦合的基本原理等等。并且针对裂隙岩体等效连续介质数学模型进行具体分析,介绍了裂隙含水介质渗流应力耦合数学模型计算的基本方法,分别研究了渗流场对应力场的影响作用以及应力场对渗流场的影响作用。通过公式推导得到了渗流场和应力场耦合的有限元控制方程。在这个过程当中,详细介绍了有限单元法的基本思想和求解方法以及在有限元数值模拟过程中求解非线性方程的初流量法。本文根据推导的裂隙岩体渗流应力耦合的有限元数值模拟方程,运用北京飞箭公司开发的有限元自动生成程序FEPG(Finite Element ProgramGenerator)来模拟裂隙岩体渗流问题。本文通过该软件编写了计算位移、孔隙水压力以及应力的pde文件,描述荷载边界的fbc文件以及耦合系统算法文件和生成位移、流量单元的算法文件nfe。通过这些文件得到有限元计算程序,将有限元计算程序运用到算例当中得出如下结论:(1)裂隙岩体渗透性随应力的变化是不可忽略的。在裂隙岩体中,应力的变化时刻影响着渗流通道的张开及闭合,对渗透性的影响很大。(2)随着时间步长,受持续荷载作用的区域应力场影响渗流场,耦合作用显现,渗流强度减低。未受荷载作用的区域应力强度变化明显,地下水渗流作用对应力场影响显著。(3)受持续荷载作用下,裂隙岩体在各个方向上的位移变化不大,位移随时间的变化也不大。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 选题依据及研究意义1.2 国内外研究现状1.3 主要研究内容和研究思路1.4 论文的创新性第二章 裂隙含水介质渗流应力耦合的基本理论2.1 裂隙岩体的分类2.1.1 岩体的结构面分类2.1.2 裂隙岩体的分类2.1.3 岩体的结构类型2.2 单裂隙渗流与应力的耦合作用2.2.1 立方定律--单裂隙水流的运动基础2.2.2 立方定律的修正2.2.3 单裂隙面的力学变形性质2.2.4 单裂隙水力耦合研究2.3 本章小结第三章 裂隙岩体渗流应力耦合作用研究3.1 裂隙含水介质渗流的数学模型3.1.1 等效连续介质模型3.1.2 离散裂隙网络统计模型3.1.3 双重介质模型3.2 裂隙含水介质渗流应力耦合数学模型计算方法3.2.1 解析法3.2.2 数值法3.3 裂隙含水介质渗流场与应力场的相互影响3.3.1 滲流场对应力场的影响作用3.3.2 应力场对渗流场的影响作用3.4 等效连续介质模型渗流场基本方程3.4.1 等效渗透张量的计算公式3.5 定解条件3.5.1 渗流场定解条件3.5.2 应力场定解条件3.6 渗流场应力场耦合分析的有限元方法3.6.1 有限单元法的基本思想3.6.2 有限单元法求解方法3.7 裂隙含水介质渗流应力耦合的有限元控制方程3.7.1 基本假定3.7.2 有限元法解岩石力学问题的基本步骤3.7.3 位移控制方程及边界条件3.7.4 渗流基本方程及边界条件3.7.5 全耦合有限元支配方程3.7.6 应用于非线性分析的初流量法3.8 本章小结第四章 裂隙含水介质渗流应力耦合数值模拟程序设计及应用4.1 渗流应力耦合数值模拟程序设计流程4.2 滲流应力耦合数值模拟程序设计4.2.1 FEPG文件组成4.2.2 FEPG文件的编写4.3 程序编写4.3.1 计算位移和孔隙水压力的Sdispe.pde文件的编写4.3.2 描述荷载边界的FBC文件Sdispe.fbc4.3.3 计算应力的ssdispe.pde文件的编写4.3.4 耦合系统算法文件lns.gcn和lns.gio文件的编写4.3.5 编写Sdispe.nfe生成位移、压力单元计算程序的算法文件4.3.6 编写ssdispe.nfe生成应力、流量单元计算程序的算法文件第五章 算例分析5.1 算例工作区基本情况5.2 前处理5.3 算例结果分析5.4 本章小结第六章 结论与展望6.1 总结和成果6.2 工作展望致谢参考文献攻读硕士学位期间发表论文
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