【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涉及地下洞室和边坡工程围岩稳定，特别涉及一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法。
技术介绍
1、岩体是一种明显的非均质材料，其非均质性最明显的体现之一是其内部的各种结构面。在地下洞室和边坡等工程开挖后，岩体中的结构面与开挖临空面经过相互组合，可能切割生成独立块体。这些独立块体在地下洞室和边坡等工程的开挖面形成后，具有失稳风险，给工程围岩稳定性带来较大挑战。体积较大的块体甚至对人员安全造成威胁。所以，在大型地下洞室和边坡等工程的设计和施工过程中，块体稳定性分析是一个必不可少的内容，是关乎地下洞室和边坡等工程围岩稳定的重点问题之一。经过块体稳定性分析，可为块体支护设计提供充足支撑，保障地下洞室和边坡工程安全。
2、目前，块体稳定性分析方法主要基于块体理论等理论方法，或离散元等非连续介质力学方法。而传统有限元、有限差分法等连续介质数值分析方法，虽然在工厂中应用最广，但由于受其自身连续性假定的约束，鲜有用于开展块体稳定性分析。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，克服了传统块体稳定分析需要借助理论方法和非连续分析方法的局限，丰富了块体稳定分析的技术手段。
2、为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，包括以下步骤：
3、s1，数值分析模型建立：
4、建立块体三维数值分析模型，在连续介质数值分析框架下，此数值分析模型为连续网
5、s2，连续网格分离：
6、将分布于块体边界上的每个节点分解为两个节点；
7、s3，分离网格再约束：
8、在块体结构面边界处引入带拉压、剪切双重约束的杆件单元，重新约束结构面边界；
9、s4，初始约束施加：
10、对块体临空面不约束，对其他边界施加边界法向约束；
11、s5，初始应力施加：
12、基于块体所处的原岩应力状态，对计算模型各单元应力状态赋初值，并计算至收敛状态；然后，开挖洞室区域，获得洞室开挖后，重分布后的应力状态，作为块体分析初始应力状态；
13、s6，获得块体初始稳定状态：
14、在步骤s5基础上，将杆件单元强度参数变为实际强度参数，并开展计算分析，计算最终结果有两种情况；
15、s7，块体安全系数分析：
16、在步骤s6的基础上，对块体结构面强度参数进行等比例逐步折减，并调整结构面杆件单元对应的强度参数；
17、s8，支护后块体安全系数确定：
18、对于步骤s7所获得的块体安全系数，若不满足规范规定的安全系数要求，需要提供支护措施使块体稳定。
19、优选的，所述s1中数值分析模型至少有2个结构面才能构成块体；包含块体临空面；包含块体外侧临近围岩，围岩范围至少为块体外3~5倍范围。
20、优选的，所述s2中将连续网格节点在块体边界分解后，此时的模型在块体边界处表现为非连续特征，此时块体结构面两侧完全没有相互作用。
21、优选的，所述s3中杆件单元分布在每个块体结构面两侧面网格形心处，杆件长度以刚好穿过结构面两侧面网格为准；基于杆件单元刚好穿过结构面两侧面网格形心的特性，则每个杆件单元的等效控制面积为其所穿过的面网格面积；杆件单位的抗拉强度参数和抗剪强度参数为结构面强度参数乘以杆件单元的等效控制面积。
22、优选的，s3中杆件单元法向力学特性：
23、；
24、式中，为杆件单位的法向刚度，其值为围岩变形模量的10~1000倍；为杆件单元的等效控制面积；为杆件单位法向变形，正表示张开变形，负表示压缩变形；表示杆件单元的法向受力，表示杆件单元所能达到的最大法向受力；
25、杆件单元切向力学特性：
26、；
27、式中，为杆件单位的切向刚度，其值为围岩变形模量的10~1000倍；为杆件单位切向变形，表示杆件单元的切向受力，和表示杆件单元在两个切向方向所能达到的最大切向受力；
28、杆件单元的抗拉强度和抗剪强度分别为：
29、；
30、；
31、其中，为块体结构面抗拉强度，为块体结构面粘聚力，为块体结构面摩擦角；对于块体分析问题，这些参数均能够从地质勘测资料获得。
32、优选的，所述s5中计算过程中将杆件单元的强度参数赋予一个极大值，保证杆件单元在初始应力施加过程中处于弹性工作状态。
33、优选的，所述s6中两种情况具体包括：
34、第一种，计算最终收敛，表明块体当前处于稳定状态；第二种，计算最终不收敛，表明块体当前不稳定。
35、优选的，所述s7中强度折减用以下公式表示：
36、；
37、；
38、；
39、式中，为强度折减系数，对于初始稳定块体，从1.0逐步提高至计算不收敛，对初始不稳定块体，从1.0逐步减小至计算开始收敛；
40、块体安全系数为强度折减获得的块体失稳临界状态所对应的值，块体失稳临界状态由块体特征点位移与强度折减系数关系曲线判断，临界点表现为曲线斜率突然增大、变形剧烈增长、计算不收敛的特征。
41、优选的，所述s8中将支护力以面力的形式时间在块体临空面上，然后进一步采用步骤s7所示的方法分析施加支护力后的块体安全系数，直至支护力使块体安全系数满足规范要求。
42、本专利技术有益效果：
43、1、本专利技术提出了一种在连续介质数值分析框架下开展块体稳定性分析的方法，克服了传统块体稳定分析需要借助理论方法和非连续分析方法的局限，丰富了块体稳定分析的技术手段。
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1.一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述S1中数值分析模型至少有2个结构面才能构成块体；包含块体临空面；包含块体外侧临近围岩，围岩范围至少为块体外3~5倍范围。
3.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述S2中将连续网格节点在块体边界分解后，此时的模型在块体边界处表现为非连续特征，此时块体结构面两侧完全没有相互作用。
4.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述S3中杆件单元分布在每个块体结构面两侧面网格形心处，杆件长度以刚好穿过结构面两侧面网格为准；基于杆件单元刚好穿过结构面两侧面网格形心的特性，则每个杆件单元的等效控制面积为其所穿过的面网格面积；杆件单位的抗拉强度参数和抗剪强度参数为结构面强度参数乘以杆件单元的等效控制面积。
5.根据权利要求4所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，S3中杆件单元法向力学特
6.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述S5中计算过程中将杆件单元的强度参数赋予一个极大值，保证杆件单元在初始应力施加过程中处于弹性工作状态。
7.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述S6中两种情况具体包括：
8.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述S7中强度折减用以下公式表示：
9.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述S8中将支护力以面力的形式时间在块体临空面上，然后进一步采用步骤S7所示的方法分析施加支护力后的块体安全系数，直至支护力使块体安全系数满足规范要求。
...【技术特征摘要】
1.一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述s1中数值分析模型至少有2个结构面才能构成块体；包含块体临空面；包含块体外侧临近围岩，围岩范围至少为块体外3~5倍范围。
3.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述s2中将连续网格节点在块体边界分解后，此时的模型在块体边界处表现为非连续特征，此时块体结构面两侧完全没有相互作用。
4.根据权利要求1所述一种连续介质数值分析框架下块体稳定性分析方法，其特征在于，所述s3中杆件单元分布在每个块体结构面两侧面网格形心处，杆件长度以刚好穿过结构面两侧面网格为准；基于杆件单元刚好穿过结构面两侧面网格形心的特性，则每个杆件单元的等效控制面积为其所穿过的面网格面积；杆件单位的抗拉强度参数和抗剪强度参数为结构面强度参数...
【专利技术属性】
技术研发人员：方华超，张鑫，钟洪星，叶飞，赵新益，曹去修，周华，陈东斌，何军，张雨霆，
申请(专利权)人：中国长江电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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