深部岩体工程分析.PDFVIP

第 8 章 深部岩体工程分析 知识要点：  深部岩体工程特点  ABAQUS 数值模拟功能  地下储气库的长期稳定性分析  深部引水隧洞的稳定性分析 本章导读： 本章主要研究ABAQUS 在深部岩体工程中的应用。首先介绍ABAQUS 在此方面的模拟 功能，然后分别以地下高应力储气库和深埋引水隧洞为工程应用对象，详细阐述ABAQUS 在 这些方面的应用全过程，对研究类似深部岩体工程的应用者提供较好的学习和借鉴作用。 8.1 深部岩体工程简介 能源和矿产资源制约着国民经济的发展。随着浅部资源的逐渐减少和枯竭，矿物资源地 下开采的深度越来越大。人类的工程活动已经深入到地下 4000m 以下的深度，如逾千米乃 至数千米的矿山、水电工程埋深逾千米的引水隧道、核废料的深层地质处理问题、深地下防 护工程等。在我国西部水电能源开发、南水北调、西气东送等工程中普遍涉及到深部岩体地 质问题。如我国西部已建或将建的拉西瓦、二滩、天生桥等水电工程都遇到过高地应力、高 水压等问题，甚至在浅表的大坝建基面的开挖时，都会发生由于高地应力释放产生的表面岩 体成层剥落现象。西部地区的特殊地质、地形条件使得西部水电资源开发中地下深埋工程量 很大。 深部岩体所处的高地应力、高地温和高渗透水压力的特殊环境，伴随着深部岩体的力 学响应明显有别于浅部岩体的力学行为。由于深部岩体受到各种载荷作用、岩体介质作用 本身的复杂性、认知的不确定性和表现出一系列新的岩体地质力学特征，致使深部岩体的 地质结构特征、裂隙渗透特性、变形机理、破坏规模和强度特征以及高渗透水压下的流变 机理难以用传统的理论加以合理的解释，引起了国内外学者的极大关注，成为近几年来该 领域的研究热点。 由于深部岩体所处的复杂的地质环境，导致地应力高、温度高、渗透压高，加之较强的 时间效应，使深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生根本性变化。深部岩体表 现出明显的非线性力学特性。进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程岩体所属的 线性力学系统，而是非线性力学系统，传统理论、方法与技术已经部分或全部失效。另一方面， 深部岩体处于多场、多相耦合作用，地下水、瓦斯、温度均会对岩体的基本性质和工程响应带 来很大影响。因此，深部岩体非线性损伤变形特性、多场耦合作用机理等方面的研究，将为深 342 ABAQUS 在隧道及地下工程中的应用 部岩体工程灾害的预测和控制提供理论基础，并将从新的角度和新的高度认识深部岩体的特殊 性质，以指导工程实践，创造经济和社会效益。 8.2 ABAQUS 数值模拟功能 8.2.1 损伤 ABAQUS 可通过多种方式定义损伤，诸如混凝土损伤塑性模型 、采用用户子程序 （USDFLD 、UFIELD 、UMAT 等）。 混凝土损伤塑性模型适用于 ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit 两个模块。其功能 包括：  能够模拟各种结构类型 （梁、桁架、壳和实体）中混凝土和其他准脆性材料。  采用各向同性弹性损伤结合各向同性拉伸和压缩塑性理论来表征混凝土的非弹性行为。  主要用于钢筋混凝土结构分析，也能够用于素混凝土结构分析。  可采用加强筋模拟混凝土中的钢筋。  可以模拟低围压时，混凝土受到单调、循环或动载作用下的力学行为。  结合非关联多重硬化塑性和各向同性弹性损伤理论来表征材料断裂过程中发生的不 可逆损伤行为。  周期载荷反向作用时，可以控制材料的刚度恢复。  可以定义与应变率相关的性状。  在 ABAQUS/Standard 中可以结合使用粘塑性正规本构方程来提高软化区域的收敛性。  材料的弹性行为应为各向同性和线性的。 USDFLD 、UFIELD 的功能有相似之处，均可以在子程序中定义场变量并输出，同时可以 定义与场变量相关的变量，诸如损伤变量等。 以USDFLD 为例，其子程序的简要形式如下： SUBROUTINE USDF