锦屏一级水电站地下厂房围岩稳定性的广义粒子动力学数值计算

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锦屏一级水电站地下厂房洞室群规模大,围岩地质条件比较复杂,初始地应力水平较高,给围岩稳定评价以及加固处理措施带来一定难度,也使地下工程施工期和运行期的安全存在一定的不确定性。因此,在前期对厂房区地下洞室群围岩进行稳定性计算分析,研究地下洞室在开挖卸荷条件下的变形破坏机制,正确模拟洞室的变形破坏过程,确保施工期的安全和工程的正常运行是非常必要的。  无网格粒子类方法可以彻底或部分地消除有限元等数值模拟方法依赖的网格,在超大变形、动态断裂、冲击荷载、材料裂变等问题的数值模拟中具有独特优势。本文采用广义粒子动力学法(General Particle Dynamics,GPD法)对锦屏一级水电站地下厂房洞室群在分期开挖施工过程中进行稳定性仿真,研究工作主要有:  ①基于连续介质力学中的质量守恒和动量守恒两个控制方程,采用C++语言编写适用于地下厂房洞室群分期开挖支护的三维GPD仿真程序,并开发了配套的C++前处理模块用于可视化建模和Matlab后处理模块用于数据成像分析。  ②建立锦屏一级水电站分层开挖、支护的GPD前处理模型。  ③采用GPD方法对锦屏一级水电站的分层开挖、支护过程进行数值模拟,分析厂房围岩的塑性区、应力场及位移场的特征。  ④将数值模拟结果与现有监测资料对比,证明GPD方法数值模拟的有效性。  本文的创新点:  ①基于C++语言编写了GPD方法的三维数值模拟程序,将计算粒子规模上限从十万级提升到千万级。  ②采用了基于二叉树的配对搜索算法,且对能并行的模块编写了多线程函数,大大提升了程序的运行速度。  ③结合岩石的理想弹塑性本构模型和DP屈服准则,应用GPD程序模拟了锦屏一级水电站地下厂房分层开挖的过程,并将模拟结果与监测资料对比分析,证明了GPD方法的有效性。
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