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块体理论在LPG地下储库围岩稳定性分析中的应用

作　者: 刘向飞
导　师: 齐伟
学　校: 吉林大学
专　业: 地质工程
关键词: 块体理论 FLAC3D LPG地下储库
分类号: TU457
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


块体理论作为离散力学模型的一种,通过拓扑学和集合论详尽研究了在已知各空间平面的条件下,岩体将构成多少种块体类型及其可动性,并给予严格的数学证明,理论自身十分严谨,因此用于分析块状硬质岩体有其独到的优势。FLAC3D采用显式有限差分格式来求解得控制微分方程,并应用了混合单元离散模型,可以准确地模拟材料的屈服、塑性变形流动、软化直至大变形,尤其是在模拟大变形方面有着独到的优点,并且软件可以实现在计算的同时让用户看到变形的全部过程,这对于通过变形过程来分析计算结果和材料参数的取值就显得十分重要。文章采用块体理论针对某LPG(液化石油气)地下储库工程水幕廊道1 K0+125～145段进行分析,计算结果显示,拱顶部分存在2块关键块体,左右边墙各存在1块关键块体,并根据工程现场实际的节理分布情况,判定只有拱顶部分存在可以滑动的关键块体,其中用于分析的一组节理只在左边墙存在,并没有延伸到拱顶,因此拱顶部分的块体是由三组节理与临空面形成的四面体,文章进一步根据节理产状和迹线计算出块体的体积。本文通过建立地下储库的模型来模拟工程开挖的过程,目的是得到洞室开挖对于围岩位移和应力的影响以及根据结果采取何种支护措施。其中块体部分的模型因为单元体布置的要求只能使用金字塔型来建立,而不能使用实际的四面体形状,但是块体的体积与实际块体体积基本一致,模型计算中块体与围岩间的节理面通过移动块体来实现,结果导致移动块体后的模型在变形等值线图的结果不合理,但是通过最大主应力等值线图的结果与不移动块体的结果比较可以看出,两图完全相同,结果是可以接受的。结果表明洞室开挖所导致的围岩竖向位移极小,相对于洞室尺寸可以忽略不计,因此可以不需要对围岩进行支护,但是块体在对应部分的洞室模型开挖之后发生塌落,需要进行锚杆加固处理,根据工程中所采用的锚杆尺寸和参数进行支护处理后块体稳定,并且锚杆也未发生滑动,支护结果是合理的,并且通过模型的变形可以确定模型的单元体设置和材料参数的取值也是合理的。综合来说该地下储库围岩稳定性总体较好,无可滑动的关键块体存在,工程不需进行特别的支护措施,考虑到工程中防止裂隙水流失和小块体的掉落,工程中采用的洞室大部分围岩进行喷射混凝土加固处理和关键块体部位进行锚杆支护进行处理的方案是合理的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 选题依据  8-9
  1.2 块体理论研究现状  9
  1.3 本文主要内容及工作路线  9-11
第二章 块体理论基本原理  11-23
  2.1 块体的类型和定义  11
  2.2 棱锥的类型  11-12
  2.3 有限性定理  12
  2.4 可动性定理  12-13
  2.5 块体或棱锥的标注方法  13
    2.5.1 直观标注法  13
    2.5.2 数字编号法  13
    2.5.3 符号编号法  13
  2.6 块体可动性的判别方法  13-18
    2.6.1 块体的总数  13-14
    2.6.2 块体有限性的赤平投影判别方法  14-15
    2.6.3 块体有限性的矢量运算判别方法  15-17
    2.6.4 块体可动性的赤平投影判别方法  17
    2.6.5 块体可动性的矢量运算判别方法  17-18
  2.7 关键块体的判别  18-23
    2.7.1 力的平衡方程  18-19
    2.7.2 运动学分析  19-21
    2.7.3 可动块体运动形式的判别方法  21-22
    2.7.4 关键块体判别  22-23
第三章 工程实例计算  23-35
  3.1 工程概况  23-24
  3.2 矢量方法确定关键块体  24-29
  3.3 赤平投影方法确定可动块体  29-32
  3.4 关键块体体积计算  32-35
第四章 工程实例FLAC3D模拟  35-59
  4.1 FLAC3D简介  35
  4.2 地下洞室模型建立  35-39
  4.3 地下洞室开挖  39-58
    4.3.1 y=0～3m开挖  42-45
    4.3.2 y=3～6m开挖  45-48
    4.3.3 y=6～9m开挖  48-50
    4.3.4 y=9～12m开挖  50-53
    4.3.5 锚固支护简介  53-54
    4.3.6 块体塌落模型计算  54-57
    4.3.7 关键块体的支护  57-58
  4.4 分析与结论  58-59
第五章 结论及存在的问题  59-60
参考文献  60-63
攻读学位期间发表的论文  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 岩石（岩体）力学及岩石测试 > 岩石稳定性分析
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