圍巖應力
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-10-19
圍巖應力的視頻教程
考慮應力釋放的Abaqus隧道開挖模擬
1、圍巖最大應力提取 2、應力釋放階段的關鍵字修正 3、不考慮圍巖應力釋放的隧道建模 4、考慮圍巖應力釋放的隧道建模 課程目的在于提供abaqus施加圍巖應力釋放的方法，所以盾構開挖過程、掌子面土壓力建立、管片壁后注漿等未考慮，如有需要可參考本人其他課程。 abaqus軟件復雜，需要學習地方很多，如課程中有問題可留言交流，
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ABAQUS隧洞（道）施工開挖支護過程模擬
（1）采用收斂約束法，模擬了一種隧洞新型襯砌結構，包括噴層、混凝土襯砌和鋼襯的分期支護和圍巖荷載的分期釋放過程； （2）其基本過程為：①地應力平衡（構造應力場，包括對平衡結果的評估）；②開挖并施加100%洞壁節(jié)點反力；③第一次釋放65%圍巖應力；④施加混凝土噴層支護；⑤第二次釋放25%圍巖應力作用于噴層；⑥施加鋼襯、混凝土襯砌；⑦第三次釋放10%圍巖應力作用于噴層、混凝土襯砌和鋼襯（圍巖應力全部釋放
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圍巖應力的實例教程
1 引言
礦業(yè)交流群內一位工程師問了這么一個問題：在RMR分級為2類的圍巖中，開挖兩條平行巷道，巷道斷面尺寸為4m*4m, 巷道之間的距離為4m, 問放炮會不會把兩條巷道穿透？群內工程師們進行了熱烈的討論，從理論和實踐的角度提出了許多觀點。這個筆記簡要從兩條巷道之間圍巖的應力和變形討論了設置的安全距離。
2 確定巖體參數(shù)
由于沒有提供更多的巖體和施工信息，因此作為定性解釋，作了許多假設。首先假定巖體為火成巖之類的(玄武巖，流紋巖，輝長巖等)巖石，巖石的單軸抗壓強度取近似的平均值175MPa [三大類巖石的強度特性(C2)(中英文詞匯對照)]；巖石密度取0.027MN/m^3, 巷道埋深為300m, 因此垂直原巖應力為8MPa, 水平原巖應力假定為垂直原巖應力的一半4MPa[原巖應力(in-situ stresses)的估算]。
假定巖體為各向同性，按RMR為II類來考慮，為了安全起見，取其最小值RMR=60, 使用Hoek(1995)建議的關系式：GSI=RMR-5, 得GSI=55。此外，巖石參數(shù)取mi=25，擾動系數(shù)按最不利的情況來考慮(爆破質量差) D=0.8, 使用[巖體變形模量的估算---Python實現(xiàn)]中的代碼Hoek-Brown.py估算巖體參數(shù)，其結果如下：(1) 內摩擦角=46度；(2) 粘結力=2.53MPa; (3)巖體的單軸抗壓強度=30.36MPa; (4) 巖體的單軸抗拉強度=0.11MPa; (5) 巖體的變形模量=10584.5MPa. 這些參數(shù)值作為輸入參數(shù)進行了下面的數(shù)值模擬。
3 巷道圍巖的應力和變形
為了簡單起見，假定兩條巷道開挖同時完成，并且不考慮分步開挖和材料軟化。我們重點想了解一下巷道之間圍巖的應力分布和變形。
展開 做圍巖二次應力仿真時，圍巖r=a時的徑向應力解析解為零，為何仿真結果探測值巨大？
<p>基于廣義Hoek-Brown應變軟化巖體GRC曲線及圍巖位移應力塑性區(qū)繪制的matlab源碼，圍巖特征曲線、支護特征曲線、圍巖塑性區(qū)、位移和應力云圖繪制詳細代碼，看懂后可隨意更改參數(shù)，適應于彈脆性、理想彈塑性和應變軟化巖體各種彈塑性本構模型</p>
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</div><p>通過三維分段開挖的數(shù)值模擬，可以得到圍巖應力沿縱深方向的變化規(guī)律：在主洞開挖推進過程中，除上下圍巖有較大的應力釋放外，其掌子面亦有一定程度的應力釋放。隧道推進過程中,隧道前方和后方一定范圍內的圍巖應力狀態(tài)受開挖擾動影響而產生一定程度的應力集中。左右洞縱向開挖對拱頂部位圍巖的位移隨著工程的開挖呈現(xiàn)增大的趨勢，其最大值位于左右洞的頂拱部位。從三維數(shù)值模擬開挖順序的計算結果來看，三維數(shù)值模擬更真實地體現(xiàn)了實際工程交錯開挖對圍巖前后段的影響:當隧道開挖到某段時，在隧道縱深方向，之前開挖的30m處以外的圍巖應力和位移幾乎不受影響。</p><p>6. 電腦配置</p><p>CPU：i7-11700，RAM：16G，6核12線程并行計算耗時：6分25秒</p><p><br></p>
展開 1、COMSOL井壁周圍環(huán)向應力與徑向應力
2021年12月17日927
本案例考察不同地應力下井壁周圍環(huán)向應力與徑向應力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環(huán)向應力與徑向應力，需要通過x、y方向應力轉化得到。具體結果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應力大小，會產生不同的應力分布。在井壁周圍，徑向應力最小，環(huán)向應力與von Mises屈服應力最大。此案例僅考慮水壓對應力影響，后續(xù)還可以考慮溫度、損傷對其影響。
2、COMSOL模擬流固耦合井筒周圍應力分布
此案列介紹在井筒壁周圍施加徑向荷載(孔壓和地應力），分析其徑向應力、環(huán)向應力以及孔壓變化，附有詳細的建模說明書，有需要的請聯(lián)系我。
3、利用COMSOL進行直井井眼圍巖應力分析
鉆井過程中的井壁失穩(wěn)是一個普遍性難題，特別是在新地區(qū)的勘探井、深井和超深井中，常常由于無法掌握井下地層的組成與特性,鉆井、鉆井液技術與地層不匹配，造成井眼嚴重失穩(wěn)，從而導致卡鉆、劃眼，泥包鉆頭等各種復雜事故，甚至使油井報廢。
從巖石力學的觀點研究鉆井過程中的井壁穩(wěn)定，利用已測室內試驗得到的巖石力學參數(shù)，在COMSOL有限元數(shù)值模擬軟件基礎上建立井壁模型，揭示鉆井過程井眼圍巖應力分布，為防止井壁失穩(wěn)提供依據和指導。
物理模型：
由于井眼直徑遠小于井深,故可把直井井眼模型簡化為平面應變模型。圖1是直井井眼力學模型,把地層看作線彈性體,在x方向無限遠處作用有最大水平地應力,在y方向無限遠處作用有最小水平地應力,在井眼內部作用有鉆井液的液柱壓力,地層內部作用有地層孔隙壓力。
4、井壁應力數(shù)值模擬模型
(1)井斜角和方位角進行參數(shù)化計算。
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圍巖應力的最新內容
也有學者采用有限差分軟件[3,4,5,6,7,8]進行了相關研究，但是他們都是研究單孔隧道或者煤礦等，在開挖及支護后圍巖的應力及位移分布。采用有限差分軟件FLAC3D進行雙孔隧道開挖及支護研究的則相對更少。
因此本文采用有限差分軟件FLAC3D對雙孔隧道在開挖和支護兩種工況下，進行了相關的數(shù)值模擬，同時分析了開挖后以及采用錨噴支護后隧道塑性區(qū)分布特點，縱向應力場、位移場分布規(guī)律。
做圍巖二次應力仿真時，圍巖r=a時的徑向應力解析解為零，為何仿真結果探測值巨大？
隧道推進過程中,隧道前方和后方一定范圍內的圍巖應力狀態(tài)受開挖擾動影響而產生一定程度的應力集中。左右洞縱向開挖對拱頂部位圍巖的位移隨著工程的開挖呈現(xiàn)增大的趨勢，其最大值位于左右洞的頂拱部位。從三維數(shù)值模擬開挖順序的計算結果來看，三維數(shù)值模擬更真實地體現(xiàn)了實際工程交錯開挖對圍巖前后段的影響:當隧道開挖到某段時，在隧道縱深方向，之前開挖的30m處以外的圍巖應力和位移幾乎不受影響。</p><p>6.
<p>基于廣義Hoek-Brown應變軟化巖體GRC曲線及圍巖位移應力塑性區(qū)繪制的matlab源碼，圍巖特征曲線、支護特征曲線、圍巖塑性區(qū)、位移和應力云圖繪制詳細代碼，看懂后可隨意更改參數(shù)，適應于彈脆性、理想彈塑性和應變軟化巖體各種彈塑性本構模型</p>
開挖完每一段巷道巖體后，圍巖的應力發(fā)生釋放，圍巖產生變形。之后馬上進行錨網噴施工。混凝土噴層厚25mm，錨桿間排距800mm，錨桿長度2.5m。混凝土噴層采用liner單元模擬，錨桿采用cable單元模擬。一個開挖完畢節(jié)段內安裝的噴層和錨桿情況如下圖所示。
隧道開挖卸荷后，圍巖應力場、位移場以及滲流場等受到顯著影響，斷層巖體內部的滲流通道，在地下水的持續(xù)作用下易滲流突變，發(fā)生突水突泥災害。考慮流固耦合作用，分析隧道開挖進入斷層帶過程中應力場、位移場、滲流場的變化，主要從圍巖穩(wěn)定性角度研究隧道斷層突水突泥機理。
從巖石力學的觀點研究鉆井過程中的井壁穩(wěn)定，利用已測室內試驗得到的巖石力學參數(shù)，在COMSOL有限元數(shù)值模擬軟件基礎上建立井壁模型，揭示鉆井過程井眼圍巖應力分布，為防止井壁失穩(wěn)提供依據和指導。
物理模型：
由于井眼直徑遠小于井深,故可把直井井眼模型簡化為平面應變模型。
盡管云圖看起來更好看一些，但有時等值線圖更能清晰地顯示和表達數(shù)據，特別是一些局部數(shù)據，例如在地下開挖圍巖的應力集中區(qū)域。等值線圖是三維數(shù)據的二維表示。前兩個維度是X和Y坐標，第三維(Z)是由X,Y對應的值來表示的。等值線的相對間距表示數(shù)據表面之間的相對坡度。等值線圖可以由數(shù)據、圖像或網格文件創(chuàng)建，它也可以與任何其它地圖層進行疊加。
本案例考察不同地應力下井壁周圍環(huán)向應力與徑向應力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環(huán)向應力與徑向應力，需要通過x、y方向應力轉化得到。具體結果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應力大小，會產生不同的應力分布。在井壁周圍，徑向應力最小，環(huán)向應力與von Mises屈服應力最大。
Li (2007) <Comprehensive Prediction Method for Rock Burst Based on Fuzzy Probability Theory> 對巖爆發(fā)生的基本條件進行分析和分類，并考慮巖石性質、巖體應力狀態(tài)和圍巖條件，選擇巖石能量積累和耗散、巖石抗壓和抗拉強度、巖石脆性、巖石彈性應變能、圍巖切向應力、巖石強度系數(shù)和巖石質量命名（RQD）等八個因素作為巖爆預測的標準指標
