层状岩体地下洞室的Cosserat理论有限元分析

›› 2010, Vol. 31 ›› Issue (3): 981-985.

层状岩体地下洞室的Cosserat理论有限元分析

杨乐^{1, 2}，许年春³，谢贵华¹，吴德伦¹

1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 重庆市国土资源和房屋管理局矿产地质与环境地质重点实验室，重庆 400042； 3. 重庆科技学院建筑工程学院，重庆 400020

收稿日期:2008-02-19 出版日期:2010-03-10 发布日期:2010-03-31
作者简介:杨乐，女，1978年生，博士研究生，主要从事岩石力学与工程的理论分析、数值计算等工作。

Finite element analysis of underground caverns in layered rock mass based on Cosserat theory

YANG Le ^{1, 2}，XU Nian-chun³，XIE Gui-hua¹，WU De-lun¹

1. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. Key Laboratory of Mineral Geology & Environmental Geology, Chongqing Administration of Land, Resources and Housing, Chongqing 400042, China; 3. College of Civil Engineering, Chongqing University of Science & Technology ,Chongqing 400020, China

Received:2008-02-19 Online:2010-03-10 Published:2010-03-31

摘要/Abstract

摘要：

采用一般有限元对互层岩体进行数值分析研究时，要求的单元数量多、建模工作量大；并且难以反映层状岩体的弯曲变形特性。针对这种岩体Cosserat介质模型是一种很有用的有限元等效模型。首先对基于平面应变问题的Cosserat介质理论及扩展模型简略介绍，然后导出了模型的Mohr-Coulomb塑性屈服条件。再利用Matlab平台编制有限元程序，并对地下洞室工程进行数值模拟。将所得结果与传统连续介质法的结果进行对比。结果表明，基于Matlab的Cosserat有限元程序的有效性及解决互层岩体这类问题的适用性与优越性。

关键词: 层状岩体, Cosserat理论, 扩展模型, 地下洞室, Matlab, 有限元

Abstract:

When bilaminated rock mass is numerical analyzed by conventional finite element method ,that the shortcomings produced is not only the huge modeling workload and maneuverability become more inefficient with layer numbers increasing; but also the method can’t reflect the bending deformation of the layered material. The Cosserat medium expanded model is a equivalent methods aiming at the complex rock mass. The basic principle of the Cosserat continuum theory and its expanded constitutive model are introduced firstly; and the Mohr-Coulomb plastic yield criterion of the new model is given. Then the FEM program is written by using Matlab system; and it is applied to the underground caverns. The results of comparison between Cosserat model and conventional continuum model are presented; and it is shown that the program based on Matlab and Cosserat model is effective, applicable and superior.

Key words: layered rock mass, Cosserat theory, expanded model, underground cavern, Matlab, finite elements

中图分类号:

O 241.82

杨乐，许年春，谢贵华，吴德伦. 层状岩体地下洞室的Cosserat理论有限元分析[J]. , 2010, 31(3): 981-985.

YANG Le，XU Nian-chun，XIE Gui-hua，WU De-lun. Finite element analysis of underground caverns in layered rock mass based on Cosserat theory[J]. , 2010, 31(3): 981-985.

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