摘 要

随着社会的不断发展，我国“一带一路”规划的逐步实施，各种各样的建设越来越多，城市地下空间的开发也日渐增多，因地下空间的不可见性和极其复杂的地质力学环境，深部地下工程的施工难度大大提高，导致工程灾害及工程经济损失逐渐增多。因此，对深部岩体的动力学问题的研究是十分必要的。

本设计围绕动静荷载联合作用下深部裂隙岩体内部动静力分布特性的主题，通过阅读理解工程实际案例及其地质资料，掌握深部裂隙岩体的地质特点及力学环境。查阅相关文献，总结动力与静力组合作用对深部裂隙岩体的应力分布及应力波传播规律的影响。根据现场地质特点及工程分布规律，利用LS-DYNA数值模拟手段，结合岩石动态损伤机理和爆破应力波传播规律，对比分析在不同荷载作用力下，深部裂隙岩体内部动静力各个方向远离中心区位置的变化情况，动静组合作用下，地下厂房边墙底部、中部、上部和弧形侧中部、顶部的应力和位移均随距中心区距离的增大而减少，各部位振动速度大小有：边墙底部gt;边墙中部gt;边墙上部gt;拱顶。对深部岩体工程开挖及支护施工工艺的优化和地下工程动静力稳定性评价有一定的指导意义及应用前景。

关键词：地下厂房；动静载荷；LS-DYNA软件；数值模拟；应力位移分布

Abstract

With the continuous development of society, China's "one by one" planning the gradual implementation of a variety of construction more and more, the development of urban underground space is also increasing, because the underground space is invisible and extremely complex geomechanics Environment, deep underground engineering construction greatly improved, leading to engineering disasters and engineering economic losses gradually increased. Therefore, it is necessary to study the dynamic problems of deep rock mass.

This paper focuses on the dynamic and static distribution characteristics of the deep fractured rock mass under the combined action of dynamic and static loads. Through the understanding of the actual case and its geological data, the geological characteristics and mechanical environment of deep fractured rock are obtained. The influence of dynamic and static combination on stress distribution and stress wave propagation in deep fractured rock mass is summarized. According to the geologic characteristics of the site and the distribution law of the project, using the LS-DYNA numerical simulation method, combined with the dynamic damage mechanism of the rock and the propagation law of the blasting stress wave, the internal dynamic and static forces of the deep fractured rock mass are kept away from the central area under different load forces The stress and displacement at the top and bottom of the bottom, middle, upper and arc side of the underground powerhouse are reduced with the distance from the central area, and the vibration velocity of each part is: the edge Wall bottomgt; side wall centergt; side wall uppergt; vault. It has certain guiding significance and application prospect for the optimization of deep rock mass engineering excavation and supporting construction technology and the evaluation of static and dynamic stability of underground engineering.

Keywords: Underground powerhouse; static and dynamic loads; LS-DYNA software; numerical simulation; stress displacement distribution

目 录

摘 要 Ⅰ

目 录 1

第一章 绪论 1

1.1 选题的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状综述 1

1.2.1 岩体爆炸荷载下的本构关系 1

1.2.2 爆炸应力波在岩体中的传播规律 2

1.2.3 数值模拟 3

1.3 研究内容与思路 3

第二章 工程概况 5

2.1 白鹤滩水电站基本概况 5

2.2 地质条件 5

2.3 主厂房爆破开挖方案 5

第三章 数值模拟计算方法 6

3.1 深部围岩应力变形机制 7

3.2 炸药的炮轰理论基础 7

3.3 爆炸等效荷载 8

3.4 随动强化本构模型 9

3.5 模型参数 10

第四章 工程运用分析 13

4.1 单一静力作用下深部裂隙岩体内部动静力分析 14

4.1.1 各部位最大主应力分析 14

4.1.2 各部位水平垂直位移分析 15

4.2 单一动力作用下深部裂隙岩体内部动静力分析 17

4.2.1 各部位最大主应力分析 17

4.2.2 各部位水平垂直位移分析 18

4.3 动静组合作用下作用下深部裂隙岩体内部动静力分析 19

4.3.1 各部位最大主应力分析 19

4.3.2 各部位水平垂直位移分析 20

4.4 应力时程曲线典型分析 22

4.4.1 单一动力作用下应力时程曲线典型分析 22

4.4.2 动静组合作用下应力时程曲线典型分析 23

4.5 振动速度变化分析 24

4.5.1 单一爆破动力作用下振动速度变化分析 24

4.5.2 动静组合作用下振动速度变化分析 25

第五章 结论与展望 26

5.1 结论 27

5.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 30

本科期间发表的论文 31

本科期间参与的科研项目 32

第一章 绪论

1.1 选题的目的及意义

随着“一带一路”经济战略蓝图的发布和实施，国内外基础建设规模不断增大，同时城市空间不断向地下发展，矿产资源等挖掘不断深入，深部地下地质环境具有不可见性和复杂性，导致实际工程难度大大增加，特别是在深部地下有地应力高、地温高、喀斯特高压高和开采扰动大，工程灾害不断上升，如地下空间围岩产生较大位移、地下隧道漏水坍塌等，对深部地下工程的工作人员产生巨大的安全威胁。因此，深部岩体在各种荷载联合作用下的岩石力学问题需要不断探讨，及时解决实际工程问题，保证工程施工的安全性和工程结构的稳定性。岩石动力学问题也成为国内外学者研究的焦点^[1-4]。

本设计围绕动静荷载联合作用下深部裂隙岩体内部动静力分布特性的主题，根据现场地质特点及工程分布规律，利用LS-DYNA数值模拟手段，结合岩石动态损伤机理和爆破应力波传播规律，探讨不同作用力下，如单一动力、单一静力或动静组合作用等，得出裂隙岩体内部动力和静力的分布特性，对深部岩体工程开挖及支护施工工艺的优化、地下工程动静力稳定性评价和防灾减灾方面有一定的指导意义及应用前景。

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 岩体爆炸荷载下的本构关系

随着人类工程活动不断向纵向深度发展，深部地下空间各种岩体在动荷载作用产生的动态运动和地下大型岩体工程破坏情况的预警和治理，岩石结构和结构面等发生破坏的临界条件或临界值的预测，这些都要求系统的综合的掌握岩石和岩体的相关动态力学性质、本构关系模型等，尤其是爆炸荷载（即动荷载）作用下的本构关系，它是研究爆炸荷载作用下应力波变化规律、支护工程等工程的基础。
  Charlie等^[5]对于同一方向上动静载荷联合加载，同时在此基础上也考虑了不同围压的影响；东兆星等^[6]利用SHPB试验装置，在运用统计学和损伤力学的理论上，建立了四种不同的动态本构模型，理论模型与实际测试结果比较,两者具有良好的一致性；叶洲元^[7]通过改进SPHB冲击试验压杆装置的使用，通过三维动静组合加载实验研究相结合，不同轴向静力作用和不同水平围压扰动作用时砂岩的相应反响和破坏特性，同时，将不同性质力学元件有机组合建立了受一维和多维静力作用下的岩石在动力荷载下的本构模型，并根据能量守恒中应变能密度的临界值定义了动静载荷联合作用下的岩石破坏准则。