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《圍巖粘彈性模型有限元模擬分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第25卷第1期礦冶工程Vol.25№12005年02月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGFebruary2005①圍巖粘彈性模型有限元模擬分析李德海,王東攀,高保彬(焦作工學(xué)院資源與材料工程系,河南焦作454000)摘要:采用粘彈性理論的對應(yīng)原理,對軸對稱圓巷的粘彈性模型進行了分析,從而得出了該模型位移場的理論解。并利用大型通用ANSYS有限元分析軟件對軸對稱圓巷的粘彈性模型位移場進行了數(shù)值模擬分析。在此基礎(chǔ)上,對理論解析解和數(shù)值模擬解進行了對比分析。關(guān)鍵詞:粘彈性模型;軸對稱;有限元;
2、蠕變中圖分類號:TD325.2文獻標識碼:A文章編號:0253-6099(2005)01-0001-02TheFinite2elementSimulationAnalysisofViscoelasticModelofSurroundingRockLIDe2hai,WANGDong2pan,GaoBao2bin(DeptofResourceandMaterialEngineer,JiaozuoInstituteofTechnology,Jiaozuo454000,Henan,China)Abstract:Basedont
3、hecorrespondenceprincipleinviscoelastictheory,theviscoelasticmodelofaxisymmetricroundheadingshasbeenanalyzed,obtainingtheoreticalresultsofdisplacementfieldintheviscoelasticmodel.Then,thedigitalsimulationofdisplacementfieldintheviscoelasticmodelofaxisymmetricroun
4、dheadingiscarriedoutwithANSYS———ageneralfinite2ele2mentanalysissoftware.Then,theoreticalanddigitalsimulationresultshavebeencomparedandanalyzed.Keywords:viscoelasticmodel;axisymmetric;finite2element;creep[4]巖體除具有彈性性質(zhì)外,還具有塑性性質(zhì),在長期用蠕變隨時間變化的廣義開爾文體模型,如圖1(a)加力情況下還表現(xiàn)出與
5、時間有關(guān)的粘性性質(zhì)。本文從所示;其變形特征如圖1(b)所示。流變學(xué)的觀點出發(fā),研究了巷道圍巖的長期抗壓強度相對于圍巖應(yīng)力水平較大時的流變情況,即粘彈性變形。傳統(tǒng)的理論研究主要是對特殊形狀的巷道圍巖粘彈性變形進行公式分析,計算模型適應(yīng)性較差,應(yīng)用不[1～2]便,或計算結(jié)果很難符合工程實際。如今流行的大型通用ANSYS有限元分析軟件使得研究領(lǐng)域及問題的復(fù)雜程度均得到進一步的擴大。為此筆者結(jié)合某工程項目首先采用粘彈性理論中的對應(yīng)原理給出理論解析結(jié)果,其次利用ANSYS有限元分析軟件模擬軸對圖1廣義開爾文體蠕變模型稱圓巷的位移
6、和時間關(guān)系,給出模擬結(jié)果,并在此基礎(chǔ)上,進行了結(jié)果的對比。廣義開爾文體模型的全應(yīng)力及應(yīng)變可表示為:σ0σ0σ0-E21理論計算簡述ε=εe+εc=E+-exp(ηt)(1)1E2E21.1材料的蠕變特性式中εe、εc分別為應(yīng)變的彈性部分和蠕變部分;η為2圍巖的蠕變主要是隨著巷道開挖圍巖應(yīng)力釋放并粘性系數(shù),N·sPm;t為蠕變時間,s;E1、E2為彈性模產(chǎn)生回復(fù)發(fā)生的。不同流變模型反映實際巖體流變的量,MPa。不同特性,廣義開爾文模型適用于反映巖體的粘彈性1.2問題的彈性解蠕變,伯格斯模型和西原正夫模型適用于反映巖體的深
7、埋圓形巷道受靜水壓力時的位移場可由彈性理[3]粘彈性2粘塑性蠕變。通過模型辨識,本文分析中采論取得。①收稿日期:2004206211作者簡介:李德海(1958-),男,河南桐柏人,博士,教授,現(xiàn)從事巖層控制與三下采煤方面的教學(xué)與研究工作。2礦冶工程第25卷軸對稱圓巷邊界條件如圖2所示,切向應(yīng)力σθ和由拉普拉斯反變換,可得粘彈性位移解為:22徑向應(yīng)力σr為:γZR0(E1+E2)γzR0E2tur=-exp(-)(10)22rE1E22rE2ηRσθ=γZ(1+2)(2)r巷道周邊(r=R)的徑向位移為:22RγZR0(
8、E1+E2)γZR0E2tσr=γZ(1-2)(3)ur=-exp(-)(11)r2E1E22E2η3式中Z為巷道埋深,m;γ為載荷容重,MNPm;R為巷在已知E1、E2、η、γ的情況下,即可由此計算任一時道半徑,m?？淘撈矫嫔系恼硰椥泽w各點的位移。2利用有限元對軸對稱圓巷粘彈性模型進行模擬分析巷道是在原巖應(yīng)力作用下建造的,即巷道
