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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。在此基礎上,對理論解析解和數(shù)值模擬解進行了對比分析。關鍵詞: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外,還具有塑性性質,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、時間有關的粘性性質。本文從所示;其變形特征如圖1(b)所示。流變學的觀點出發(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,計算模型適應性較差,應用不[1～2]便,或計算結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域及問題的復雜程度均得到進一步的擴大。為此筆者結合某工程項目首先采用粘彈性理論中的對應原理給出理論解析結果,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、和時間關系,給出模擬結果,并在此基礎上,進行了結果的對比。廣義開爾文體模型的全應力及應變可表示為: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,切向應力σθ和由拉普拉斯反變換,可得粘彈性位移解為:22徑向應力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。刻該平面上的粘彈性體各點的位移。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力作用下建造的,即巷道
