›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (1): 262-267.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

考虑岩体本构及结构尺度效应的地下洞室模型有限元分析

张玉军1,张维庆2   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071;2. 西南交通大学 土木工程学院,成都 610031
  • 收稿日期:2010-05-10 出版日期:2012-01-10 发布日期:2012-01-17
  • 作者简介:张玉军,男,1956年生,博士,研究员,主要从事岩石力学与工程方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(No. 2010CB732101);国家自然科学基金资助项目(No. 51079145)。

Finite element analysis of underground opening model considering constitutive and structural size effects

ZHANG Yu-jun1,ZHANG Wei-qing2   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China
  • Received:2010-05-10 Online:2012-01-10 Published:2012-01-17

摘要: 对于地下洞室围岩稳定而言,存在两种尺度效应:一是本构尺度效应,二是结构尺度效应。在地下洞室模型的有限元分析中考察了两种尺度效应的作用。拟定了两种工况:①围岩中任一点的力学性质是该点到洞室中心距离的负幂函数,洞室由小到大,即同时考虑本构尺度效应和结构尺度效应;②围岩的力学性质一定,洞室由小到大,即只考虑结构尺度效应。对两种工况进行了平面应变弹塑性计算,分析了围岩中的应力、位移、及塑性区。从研究结果可知:当考虑岩体力学性质的尺度效应时,洞室围岩中的位移及塑性区均较小;而应力值较高,而不考虑岩体力学性质的尺度效应时的情况与之相反。

关键词: 本构尺度效应, 结构尺度效应, 地下洞室模型, 有限元分析

Abstract: The authors think that there exist two kinds of size effects for the stability of surrounding rock mass of an underground opening; namely they are the constitutive size effect and the structural size effect. As a tentative inquiry, the authors try to investigate the actions of the two kinds of size effects in the finite element analysis (FEA) for an underground opening model. So two cases are assumed: the first one, the mechanical properties at any point in surrounding rock mass are the negative power functions of distance between the point and the opening center; and the opening span changes from small to large, that is, the constitutive size effect and the structural size effects are considered simultaneously; the second one, the mechanical properties of surrounding rock mass are constants, but the opening span changes from small to large; that is, only the structural size effect is considered. The elastoplastic calculations under a plane-strain condition are carried out for the two cases; and the stresses, displacements and plastic zones in the surrounding rock mass are analyzed. The results show that: the displacements and plastic zones in the the surrounding rock mass are smaller; and the stresses are comparatively large, considering the constitutive size effect of the mechanical properties; but the situation of without considering the constitutive size effect is the other way round.

Key words: constitutive size effect, structural size effect, underground opening model, finite element analysis

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