›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (12): 3606-3614.doi: 10.16285/j.rsm.2015.12.034

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ)：参数反演及数值模拟

王军祥1，姜谙男1，宋战平2   

  1. 1.大连海事大学 道路与桥梁工程研究所，辽宁 大连 116026；2.西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055
  • 收稿日期:2014-05-12 出版日期:2015-12-11 发布日期:2018-06-14
  • 通讯作者: 姜谙男，男，1971年生，博士，教授，主要从事岩土工程稳定性分析和多场耦合方面的研究工作。E-mail:jiangannan@163.com E-mail:w.j.xgood@163.com
  • 作者简介:王军祥，男，1985年生，博士研究生，主要从事岩石多场耦合机理及数值模拟方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目（No. 51079010）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（No. 2013YB03）；大连市交通科技项目（No. 2011-10）；吉林省交通厅交通运输科技项目（No. 2012-1-6）；中央高校基本科研业务费优秀科技创新团队培育计划资助项目（No. 3132014326）。

An elastoplastic stress-seepage-damage coupling model of rock (Ⅱ): parametric inversion and numerical simulation

WANG Jun-xiang1, JIANG An-nan1, SONG Zhan-ping2   

  1. 1. Institute of Road and Bridge Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, Liaoning 116026, China; 2. School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an, Shaanxi 710055, China
  • Received:2014-05-12 Online:2015-12-11 Published:2018-06-14
  • Supported by:

    Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51079010), the Fundamental Research Funds for the Central Universities(Grant No. 2013YB03), Traffic Science and Technology Projects of Dalian(Grant No. 2011-10),Transportation Science and Technology Project of Jilin Province Bureau(Grant No. 2012-1-6) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities Excellent Scientific and Technological Innovation Team Cultivation Plan Project(Grant No. 3132014326)。

PDF (Chinese)

1410

摘要： 海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中，围岩稳定性受渗流场的影响较为明显，由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化，而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用，三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题，进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序，对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演，其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算，利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明：利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的，进而可以预测围岩的变形破坏模式，判断围岩的稳定性。与此同时，通过数值计算可知，地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响，增加了围岩的应力、位移，从围岩-支护结构共同作用原理考虑，进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的，计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高，为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。

关键词: 近海富水区隧道, 围岩稳定性, 弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型, 智能反分析, 程序编制

Abstract: Because the surrounding rock mass of a subsea tunnel or an offshore water tunnel chronically resides in the groundwater environment, its stability is significantly influenced by seepage field, which can in turn induce stress variation and even damage in the rock mass. Conversely, the stress variation and rock damage can exert influence on the seepage field. In this study, inversion analysis is carried out to determine the material parameters for the coupling model. A computer program is developed using C++ language to describe the elastoplastic stress-seepage-damage coupling of the rock mass, and the intelligent back analysis is performed to examine the stability of the surrounding rock along the Dalian Maritime University subway test line under construction. The parameter inversion is performed based on the displacement data from field monitoring, and in calculation, the indirect iteration coupling method of stress field and seepage field is used. The stress distribution and seepage field of the supporting structure are analyzed using the inversion damage parameters of the surrounding rock. The results show that the mechanical parameters of the surrounding rock obtained from the displacement back analysis can be used in the numerical analysis of the surrounding rock of similar geological conditions. Based on this, the deformation of surrounding rock can be determined, and the stability of surrounding rock can be evaluated. It is also shown that the groundwater seepage has influence on the deformation of surrounding rock of an offshore tunnel, which can induce increase in the stress and displacement of the surrounding rock. The results can provide some guideline for the tunnel waterproof design and construction.

Key words: offshore water tunnel, stability of surrounding rock, elastoplastic stress-seepage-damage model, intelligent back analysis, compiled programming

中图分类号: 

  • TU 45
[1] 谷拴成，周 攀，黄荣宾. 锚杆–围岩承载结构支护下隧洞稳定性分析[J]. , 2018, 39(S1): 122-130.
[2] 胡明明，周 辉，张勇慧，张传庆，高 阳，胡大伟，李 震，. 宽断面预留墩柱沿空留巷墩柱支护阻力计算研究[J]. , 2018, 39(11): 4218-4225.
[3] 王佳信，周宗红，赵 婷，余洋先，龙 刚，李春阳. 基于Alpha稳定分布概率神经网络的围岩稳定性分类研究[J]. , 2016, 37(S2): 649-657.
[4] 汪明武，朱其坤，赵奎元，蒋 辉，金菊良. 基于有限区间联系云的围岩稳定性评价模型[J]. , 2016, 37(S1): 140-144.
[5] 赵维生 ，韩立军 ，赵周能 ，孟庆彬 ，刘海泉,. 主应力对巷道交岔点围岩稳定性影响研究[J]. , 2015, 36(6): 1752-1760.
[6] 郝 杰 ，侍克斌 ，陈功民 ，白现军,. 基于围岩力学参数概率分布模型的变形敏感性灰关联分析[J]. , 2015, 36(3): 854-860.
[7] 王军祥 ，姜谙男 , . 岩石应变软化本构模型建立及NR-AL法求解研究[J]. , 2015, 36(2): 393-402.
[8] 王军祥 ，姜谙男 ，宋战平，. 岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ)：模型建立及其数值求解程序[J]. , 2014, 35(S2): 626-637.
[9] 李术才 ，陈云娟 ，朱维申 ，赵成龙 ，李利平 ，尹福强,. 岩石破坏非连续变形分析弹脆性本构模型的二次开发[J]. , 2014, 35(8): 2144-2149.
[10] 吴秋军，王明年，刘大刚. 基于现场位移监测数据统计分析的隧道 围岩稳定性研究 [J]. , 2012, 33(S2): 359-364.
[11] 康 勇，杨春和，何 正，姜永东. 煤系地层大跨度隧道围岩结构稳定性研究[J]. , 2010, 31(S1): 266-270.
[12] 徐 飞，王 珂，刘造保. 围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型[J]. , 2010, 31(8): 2587-2591.
[13] 孙 钧，戚玉亮. 隧道围岩稳定性正算反演分析研究 ——以厦门海底隧道穿越风化深槽施工安全监控为例介绍[J]. , 2010, 31(8): 2353-2360.
[14] 陈广洲，徐晓春，汪家权，解华明. 基于投影寻踪插值模型的围岩稳定性分类研究[J]. , 2010, 31(6): 1897-1901.
[15] 杨 臻，郑颖人，张 红，王谦源，肖安保. 岩质隧洞支护结构设计计算方法探索[J]. , 2009, 30(S1): 148-154.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 李英勇，张顶立，张宏博，宋修广. 边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究[J]. , 2010, 31(1): 144 -150 .
[2] 李 晶，缪林昌，钟建驰，冯兆祥. EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性[J]. , 2010, 31(6): 1769 -1775 .
[3] 梁健伟，房营光，谷任国. 极细颗粒黏土渗流的微电场效应分析[J]. , 2010, 31(10): 3043 -3050 .
[4] 王丽艳，姜朋明，刘汉龙. 砂性地基中防波堤地震残余变形机制分析与液化度预测法[J]. , 2010, 31(11): 3556 -3562 .
[5] 李秀珍，王成华，邓宏艳. DDA法和Fisher判别法在潜在滑坡判识中的应用比较[J]. , 2011, 32(1): 186 -192 .
[6] 谷拴成，苏培莉，王建文，王宏科. 烧变岩体特性及其注浆扩散行为研究[J]. , 2009, 30(S2): 60 -63 .
[7] 吉武军. 黄土隧道工程问题调查分析[J]. , 2009, 30(S2): 387 -390 .
[8] 陈力华 ，林 志 ，李星平. 公路隧道中系统锚杆的功效研究[J]. , 2011, 32(6): 1843 -1848 .
[9] 郑 刚 张立明 刁 钰. 开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析[J]. , 2011, 32(10): 3089 -3096 .
[10] 赵明华，雷 勇，张 锐. 岩溶区桩基冲切破坏模式及安全厚度研究[J]. , 2012, 33(2): 524 -530 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发