【摘 要】
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随着深部资源开采的迅猛发展,相关灾害问题愈发突出。鉴于数值模拟方法的优势,发展一种能够反映连续介质向非连续介质转变的三维连续-非连续方法是模拟相关灾害发生过程亟待解决的问题。本文利用适于模拟岩石类材料变形-开裂过程的三维可开裂拉格朗日元方法,模拟了单轴拉伸岩样和三点弯曲岩梁的变形-开裂过程,考察了Ⅰ型断裂能、岩样高度和单元尺寸的影响。通过将所得结果与理论解和数值解进行对比,从多种角度验证了该方法的
【基金项目】
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坚硬岩层破断诱发巷道冲击地压模拟的连续-非连续方法研究及应用.国家自然科学基金面上项目,编号:52074142;
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随着深部资源开采的迅猛发展,相关灾害问题愈发突出。鉴于数值模拟方法的优势,发展一种能够反映连续介质向非连续介质转变的三维连续-非连续方法是模拟相关灾害发生过程亟待解决的问题。本文利用适于模拟岩石类材料变形-开裂过程的三维可开裂拉格朗日元方法,模拟了单轴拉伸岩样和三点弯曲岩梁的变形-开裂过程,考察了Ⅰ型断裂能、岩样高度和单元尺寸的影响。通过将所得结果与理论解和数值解进行对比,从多种角度验证了该方法的正确性。以六面体块体为主要研究对象,提出了一种基于体的三维块体接触算法,该算法共包括2个部分:六面体块体接触检索方法和基于体的接触力计算方法。将该算法引入到三维可开裂拉格朗日元方法中,得到了一种基于体的三维连续-非连续方法。本文利用该方法模拟了六面体块体碰撞试验和六面体块体滑动-碰撞试验。对于六面体块体碰撞试验,分析了六面体块体的运动过程、六面体块体节点的位移、速度和法向接触力的变化规律;对于六面体块体滑动-碰撞试验,分析了六面体块体的运动过程和接触形式的变化规律。其中,在六面体块体碰撞试验中,通过将所得的法向接触力的数值解与理论解进行对比,验证了所提方法的正确性。本文利用该方法开展了不同侧压系数(0.5~1.5)条件下的矩形洞室围岩变形-开裂-运动过程的数值模拟研究。随着侧压系数的增加,洞室顶、底板和两帮的受拉区的深度均增加,且洞室两帮的逐渐大于洞室顶、底板的,洞室四角附近的受压区的位置逐渐由靠近洞室两帮变为靠近洞室顶、底板;单元脱离围岩的位置由洞室两帮变为洞室顶板和两帮,再变为洞室顶、底板;洞室顶、底板的V形坑分布范围逐渐变大,洞室两帮的基本不变。随着侧压系数的增加,洞室顶、底板的最终位移值均减小,洞室两帮的均增加。洞室顶、底板和两帮的分离节点数目总体上随着距洞室表面距离的增加而减少。随着侧压系数的增加,洞室围岩破坏时对应的时步数目减小,破坏次数增加,最终的破坏范围增大,分离节点距洞室表面的最远距离呈先减后增的变化趋势。该论文有图77幅,表1个,参考文献90篇。
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