隧道力学第一次作业

分别选取了山地，河谷，存在断层的山地三种情况来进行数值模拟，探讨地形及构造对竖向初始地应力分布的影响隧道力学第一次作业地形及构造对初始地应力的影响岩土一班高晋明2015210028引言地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。广义上也指地球体内的应力。它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力：是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。而产生地应力的原因又是十分复杂的，地应力的成因主要有板块挤压、地幔对流、地球内应力、地心引力，地温梯度、地表剥蚀等。此外地球的旋转、地壳的非均匀扩容、水压梯度和其他的物理化学作用对地应力场的形成也有一定的作用。我们现在就要探讨在只有作用下，地形及构造运动对岩土体初始地应力的影响及其规律。我使用的是FLAC3D这款软件来模拟初始地应力在特殊地形或者岩土体中在节理、断面等情况的变化及分布规律。地形影响当地形有凸起时典型：山地现取岩石的弹性模量E=0.510^5MPa,泊松比μ=0.25粘聚力c=25MPa,抗拉强度tension=1MPa,摩擦角friction=30求得岩体的体积模量K=3.3310^10Pa,剪切模量G=2.010^10Pa现用FLAC3D中的楔形体来模拟山地地形，楔形体是模拟山脊的薄板结构，在x-z平面内为底边和高都为1000米的等腰三角形，并在y方向上取了50米的厚度。模型如下：图1模拟山地地形的正视图将图2模拟山地地形的侧视图将模型地面的xyz三项固定，模拟成地面，用弹塑性解法求得山体的初始地应力如下图：图3山地的竖向初始应力云图可以明显的看出在这种凸起的地形中两侧的地应力有向中心收敛的趋势，上部的地应力也有向中心集中的趋势。当地形下凹时典型：河谷我是用隧道的下半部分来模拟河谷地形的。河道为R=10米的半圆，两侧各设20米的岸宽，岩土体总深度设为30米，模型的情况如下图：图4河谷地形的数值模型将模型底面的xyz方向全部固定，左右前后的x和y分别固定，同样运用弹塑性解法得到模型的初始地应力情况如下：图5河谷地形竖向初始地应力云图由计算结果可以看出，在这种下凹地形中，下凹部分两侧的地应力有向凹陷部分集中的趋势，使下凹部分的应力明显高出正常的σ＝γh。构造运动典型：存在断层我是用四个和模型1相似的楔形的组合来模拟有断层的情况，并用接触面来模拟断层。我所建立的模型如下：图6断层数值模拟同样将模型地面的xyz三项固定，模拟成地面，设置接触面参数后，用弹塑性解法求得山体的初始地应力如下图：图7断层体竖向初始地应力云图可以清楚的看到，地应力在经过断层时大小有明显的跳跃，而且由于此种结构断层的存在，上部的地应力向山体中心集中的程度更加明显，已经明显不是正常的σ＝γh了，可见构造运动对初始地应力的传递和分布都有着很大的影响，影响的结果由构造结构的特点和属性决定。