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裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析及其工程应用

曹阿静  
【摘要】: 裂隙岩体渗流与应力耦合分析研究是岩体力学界一个很有意义但又十分复 杂的课题。描述裂隙水流运动规律的立方定律是建立在平行板裂隙模型基础上得 出的,本文对立方定律进行了修正,推导了非平行楔形裂隙水流方程,根据渗透 性和裂隙面变形关系给出了单裂隙渗流与应力耦合公式,耦合的机理十分简单、 明确。本文综述了裂隙岩体渗流分析的各类数学模型,对于非双重介质模型—— 等效连续介质模型和离散裂隙网络模型分别给出了它们的有限元模拟公式,还进 一步提出了结合上述两种模型优点的适用于复杂裂隙岩体的耦合统一模型。把岩 体视为具有各向异性本构关系的假想等效连续体,考虑了裂隙剪切变形非线形特 性,根据应变叠加原理,推导出了等效弹性矩阵,从而得到裂隙岩体等效连续介 质模型的本构模型。并按照伽辽金有限单元法推导出了二维全耦合有限单元方 程,构造了同时以位移和渗透压力为未知量的全自由度求解模型,实现了位移场 和渗流场统一求解,避免了两场之间的交叉迭代,自行编制了相应的有限元计算 程序。本文最后对程潮铁矿西区放顶及开采过程中地压及地下水运动进行了数值 模拟,计算结果符合现场实际,分析结果为矿山安全生产提供了理论基础。


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