富水巷道围岩流固耦合效应数值模拟研究

发布时间：2018-11-28 20:19

【摘要】：为了探索富水岩层中开挖巷道的变形破坏问题,基于流固耦合分析理论,推导出了流固耦合数学模型,运用FLAC-3D中的等效连续介质渗流模型及FISH语言,实现了巷道开挖后围岩流固耦合效应的模拟,探讨了渗流场及场内流动矢量的分布特征,针对围岩塑性区、应力场及变形规律与未考虑流固耦合时进行了对比分析。在流固耦合模式下,研究了开挖步长、开挖工序以及开挖截面形状对孔隙水压力、拱顶竖向位移和巷道涌水量的影响规律。结果表明：与未考虑流固耦合的结果相比,考虑流固耦合时围岩塑性区范围和剪切带尺寸均有所增大,竖向总应力σzz相对增大了10%；流固耦合模式下,巷道围岩中形成了一个类似降水漏斗的形状,在巷道拱脚处流动矢量分布密集而且数值较大；随着开挖步长的增大,巷道拱顶孔隙水压力及竖向位移则有所减小,涌水量则有所增大；从孔隙水压力、竖向位移和涌水量的角度分析,台阶法开挖巷道明显优于全断面法；不同截面形状巷道围岩渗流场及场内流动矢量分布不尽相同,不同地质条件下开挖巷道应选择适合的巷道截面形状。
[Abstract]:In order to explore the problem of deformation and failure of roadway excavated in water-rich rock stratum, based on the theory of fluid-solid coupling analysis, a mathematical model of fluid-solid coupling is derived, and the equivalent continuum medium seepage model and FISH language in FLAC-3D are used. The simulation of fluid-solid coupling effect of surrounding rock after tunnel excavation is realized, and the distribution characteristics of seepage field and flow vector in the field are discussed. The stress field and deformation law of surrounding rock plastic zone are compared with those without fluid-solid coupling. In the fluid-solid coupling mode, the effects of excavation step, excavation procedure and section shape on pore water pressure, vertical displacement of arch roof and water inflow of roadway are studied. The results show that the range of plastic zone and the size of shear band increase with the fluid-solid coupling taken into account, and the vertical total stress 蟽 zz increases by 10%. In the fluid-solid coupling mode, a shape similar to the dewatering funnel is formed in the surrounding rock of the roadway, and the distribution of the flow vector is dense and the numerical value is large at the arch of the roadway. With the increase of the excavation step, the pore water pressure and vertical displacement of the arch roof of the roadway decrease, and the inflow of water increases, and from the angle of pore water pressure, vertical displacement and water inflow, the bench method is obviously superior to the full section method. The seepage field of surrounding rock and the distribution of flow vector in different sections of roadway are different. The suitable section shape of roadway should be chosen under different geological conditions.
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD322;TD745

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本文编号：2364150