基于有限變形理論的巖石變形與破壞問題研究.pdf

1、隨著大型水利水電工程,軍事防護工程以及深部資源開發(fā)工程的飛速發(fā)展,巖石工程穩(wěn)定與控制問題越發(fā)重要,特別是巖石非連續(xù)大變形問題的理論與計算成為學術界研究的焦點,本文基于有限變形理論和非連續(xù)變形分析方法(DDA),通過理論、數(shù)值模擬、試驗三個方面對巖石的變形和破壞問題進行了深入的研究,主要工作進展如下:
　　(1)對礦山巖石力學中常見的露天開采邊坡穩(wěn)定性問題、巷道圍巖位移場及穩(wěn)定性問題,研究了有限變形理論框架下的解析解、半解析解,并和

2、運用經(jīng)典小變形理論得出的結果進行對比,指出度規(guī)張量的非線性和平均整旋角是造成兩者差距的主要原因,且兩者差距隨變形量和平均整旋角的增大而增大。
　　(2)運用有限變形幾何場理論,對現(xiàn)有的非連續(xù)變形分析方法進行了改進,改進后的DDA算法在計算中可以正確地將轉動和變形分離,能夠準確處理大位移、大變形、大轉動問題,并通過實例證明了程序的普適性和準確性。運用改進后的DDA程序,分析了采礦工程中兩個典型問題:(i)煤層瓦斯抽采中的“鉆-割”增

3、透,(ii)長壁開采過程中覆巖運動及載荷分布,為工程提供了參考依據(jù)。
　　(3)通過正交試驗研究了多因素(溫度、水、圍壓)作用下巖石的變形破壞特征,發(fā)現(xiàn)平均整旋角可以很好反映巖石的局部變形和破壞,提出了考慮平均整旋角影響的巖石本構方程。該模型和試驗結果相符,可以較好地描述峰前壓密、線性增強以及塑性屈服各個階段。
　　(4)采用Burgers模型描述巖石蠕變行為,并得到了溫度、飽水時間和圍壓共同影響下的穩(wěn)態(tài)蠕變率方程。開發(fā)了計