南昌大学毕业论文答辩

1、1212级本科毕业论文答辩级本科毕业论文答辩裂隙岩体渐进破坏数值模拟裂隙岩体渐进破坏数值模拟专业：水利水电工程专业：水利水电工程答辩人：石越答辩人：石越指导老师：姚池指导老师：姚池目录目录1.1 1.1 背景背景 由于经济的发展，高铁逐渐成为了人们出行的首选方式，由于经济的发展，高铁逐渐成为了人们出行的首选方式，但是社会需求的发展相比，我国铁路无论是规模还是质量都但是社会需求的发展相比，我国铁路无论是规模还是质量都还存在很大的差距。为从根本上解决铁路供需矛盾，国家制还存在很大的差距。为从根本上解决铁路供需矛盾，国家制定了铁路中长期规划以及定了铁路中长期规划以及“十一五十一五”铁路建设发展规划。

2、与铁路建设发展规划。与此同时，在高铁轨道的建设中，隧道工程尤其重要。但这类此同时，在高铁轨道的建设中，隧道工程尤其重要。但这类工程的兴建在地质勘查、设计、施工、运营过程中的安全控工程的兴建在地质勘查、设计、施工、运营过程中的安全控制等各个方面给人们提出了更高的要求。制等各个方面给人们提出了更高的要求。1.2 1.2 意义意义 含结构面岩体，尤其是非贯通裂隙岩体，涉及许多学科和含结构面岩体，尤其是非贯通裂隙岩体，涉及许多学科和生产领域，是水利水电工程、矿业工程、岩土工程、公路和生产领域，是水利水电工程、矿业工程、岩土工程、公路和铁路交通工程等工程中最常见、最重要的介质之一，它直接铁路交通工程等工

3、程中最常见、最重要的介质之一，它直接影响着这些重要行业中的洞室、边坡、路基等岩体工程的稳影响着这些重要行业中的洞室、边坡、路基等岩体工程的稳定与安全，对于人类工程活动具有重要意义。定与安全，对于人类工程活动具有重要意义。 介绍了改进刚体弹簧法的基本原理、本构方介绍了改进刚体弹簧法的基本原理、本构方程、边界条件及破坏准则，介绍改进刚体弹簧程、边界条件及破坏准则，介绍改进刚体弹簧法网格的生成方法。对比传统的刚体弹簧法得法网格的生成方法。对比传统的刚体弹簧法得出改进刚体弹簧法的优势。介绍了几种细观参出改进刚体弹簧法的优势。介绍了几种细观参数对刚体弹簧模型模拟结果的影响。数对刚体弹簧模型模拟结果的影响

4、。 基于改进刚体弹簧模型，采用基于改进刚体弹簧模型，采用Visual C+ Visual C+ 6.06.0语言编制了横观各向同性岩石破坏机制分析语言编制了横观各向同性岩石破坏机制分析的计算程序。利用数值模拟程序模拟出在不同的计算程序。利用数值模拟程序模拟出在不同的岩桥角度下双裂隙的生成以及达到峰值的过的岩桥角度下双裂隙的生成以及达到峰值的过程。模拟横观各向同性岩石开裂破坏的全过程，程。模拟横观各向同性岩石开裂破坏的全过程，并详细讨论横观各向同性岩石不同的破坏模式并详细讨论横观各向同性岩石不同的破坏模式并进行分类分析。并进行分类分析。 本文采用基于改进刚体弹簧法的数值模拟程序改本文采用基于改进

5、刚体弹簧法的数值模拟程序改进刚体弹簧法与传统的刚体弹簧法（界面元方法）区进刚体弹簧法与传统的刚体弹簧法（界面元方法）区别在于：在刚体弹簧法中相邻单元通过接触面中点的别在于：在刚体弹簧法中相邻单元通过接触面中点的法向、切向和转动弹簧相连，而在改进刚体弹簧法方法向、切向和转动弹簧相连，而在改进刚体弹簧法方法中，岩石被模拟为刚性块体的集合，刚性块体之间法中，岩石被模拟为刚性块体的集合，刚性块体之间通过均匀分布在共同边界上的法向和切向弹簧传递力通过均匀分布在共同边界上的法向和切向弹簧传递力的作用，它通过均匀分布的弹簧取代了刚体弹簧法中的作用，它通过均匀分布的弹簧取代了刚体弹簧法中转动弹簧的作用，这种处

6、理方式使得改进后的方法能转动弹簧的作用，这种处理方式使得改进后的方法能够计算得出单元界面上应力的不均匀分布状态，从而够计算得出单元界面上应力的不均匀分布状态，从而使结果分析更加准确全面。使结果分析更加准确全面。3.1 3.1 数值模型数值模型 试验砂岩试样为宽试验砂岩试样为宽80mm80mm，高，高160mm160mm，厚度，厚度30mm30mm的棱的棱柱体，其基本力学参数见柱体，其基本力学参数见下表下表。 YangYang等试验所用材料的宏观力学参数等试验所用材料的宏观力学参数其中，裂隙长度其中，裂隙长度2a=12mm2a=12mm，岩桥长度，岩桥长度2b=16mm2b=16mm，每条，每条

7、预制裂隙的宽度预制裂隙的宽度d=2.0mmd=2.0mm，裂隙倾角，裂隙倾角=30=30。岩桥。岩桥倾角为倾角为。试样模型如下试样模型如下主要研究断续双裂隙岩石在不同岩桥倾角主要研究断续双裂隙岩石在不同岩桥倾角（0，30，60，90，120）时）时T为为5MPa作用下宏观强度破坏特征及其细观力学机作用下宏观强度破坏特征及其细观力学机制。制。 通过大量试算，反复调整颗粒细观破坏参数，通过大量试算，反复调整颗粒细观破坏参数，使得数值试验和模型试验的完整双裂隙岩石单使得数值试验和模型试验的完整双裂隙岩石单轴压缩各角度峰值应力曲线和破坏模式基本吻轴压缩各角度峰值应力曲线和破坏模式基本吻合。通过该试验，

8、最终得到一组细观参数，如合。通过该试验，最终得到一组细观参数，如下表所示。下表所示。 数值数值模拟所用细观参数模拟所用细观参数下图给出了由表下图给出了由表2所给颗粒破坏细观参数模所给颗粒破坏细观参数模拟得到的单轴压缩应力应变曲线拟得到的单轴压缩应力应变曲线3.2 3.2 断续双裂隙岩石破坏模式分析断续双裂隙岩石破坏模式分析 这一节给出了这一节给出了了室内试验和数值模拟得到了室内试验和数值模拟得到的不同岩桥倾角下双裂隙岩石试件在单轴压缩的不同岩桥倾角下双裂隙岩石试件在单轴压缩试验中的最终破坏模式。可以看出双裂隙试样试验中的最终破坏模式。可以看出双裂隙试样在单轴压缩条件下的破坏模式明显受预制裂隙在

9、单轴压缩条件下的破坏模式明显受预制裂隙控制，以沿反翼裂纹发生的轴向拉伸破坏为主，控制，以沿反翼裂纹发生的轴向拉伸破坏为主，局部伴有次生裂纹、远场裂纹以及少数剪切破局部伴有次生裂纹、远场裂纹以及少数剪切破坏和表面块体剥落，数值模拟和室内试验最终坏和表面块体剥落，数值模拟和室内试验最终破坏模式吻合良好。破坏模式吻合良好。 4.1 结论结论 本文通过采用基于改进刚体弹簧法汇编的本文通过采用基于改进刚体弹簧法汇编的Visual C+语言程序对非共面双裂隙岩石的破坏进行数值模拟研究，语言程序对非共面双裂隙岩石的破坏进行数值模拟研究，主要得出了以下结论：主要得出了以下结论：1.当断续双裂岩石试样岩桥角度当

10、断续双裂岩石试样岩桥角度为为0和和30时，两者时，两者的裂纹扩展模式接近，裂隙和裂隙之间无贯通，当的裂纹扩展模式接近，裂隙和裂隙之间无贯通，当为为60，90以及以及120时，三者裂纹扩展模式接近，裂时，三者裂纹扩展模式接近，裂隙和裂隙之间出现一处贯通。隙和裂隙之间出现一处贯通。2. 计算结果中，试样岩石的单轴抗压试验得到抗压强度计算结果中，试样岩石的单轴抗压试验得到抗压强度与黄彦华等人的实验结果十分接近，验证了数值模拟程与黄彦华等人的实验结果十分接近，验证了数值模拟程序以及编制的序以及编制的Visual C+语言程序的可行性和准确性。语言程序的可行性和准确性。 4.2 不足不足 1. 本文采用的算法涉及的不少参数是无法根据实体模本文采用的算法涉及的不少参数是无法根据实体模型得到的，而是要经过不断的试算和校核才能获得。型得到的，而是要经过不断的试算和校核才能获得。 2. 改进刚体弹簧法中模拟的块体是被完全切割的情况，改进刚体弹簧法中模拟的块体是被完全切割的情况，裂隙的扩展只局限于单元间的界面上，而实际岩体的节裂隙的扩展只局限于单元间的界面上，而实际岩体的节理裂隙并不完全贯通，随着受力的变化，岩体有可能破理裂隙并不完全贯通，随着受力的变化，岩体有可能破碎，从而改变裂隙的开裂