运用RFPA分析湿度扩散条件下的岩石变形时间效应

2014-09-30

       当地下岩石工程开挖后,如果围岩表面的相对湿度大于围岩内部的相对湿度,水分便会向围岩内扩散,造成围岩力学性质的劣化,产生软化或湿胀效应,进而导致围岩的附加变形,甚至诱发围岩破坏,形成松动圈。因此研究湿度对岩石力学效应及破坏过程的影响在实际的工程应用中具有重要意义。

       目前由大连力软科技有限公司自主研发的RFPA(Realistic Failure Process Analysis)软件就具备这一功能。

       最近,应奥地利国际大坝会议邀请,大连理工大学唐春安教授在会上作了“Humidity Diffusion and Rheology in Rock”的特邀报告,介绍了RFPA在模拟湿度扩散条件下岩石中的时效变形方面最新研究成果。该成果运用RFPA模拟了单轴受压二维隧道中的时效变形问题,研究了不同加载应力水平条件下湿度扩散对岩石变形规律的影响。得出的结果符合现场观测所发现的基本规律。

       在实际的工程项目中,节理裂隙端点塑性区和微裂隙带是水弱化作用的敏感区。Rfpa软件通过模拟无弱面岩体中的隧道和有弱面岩体中的隧道在湿度影响下的破坏过程,证明了这一理论,同时也为解决工程中的这一问题提供了一种有效的数值模拟解决方法。

Figure1: Numerical mode

图1 数值模型

Figure 2: Displacement at point A, B, C and D around the tunnel as tunnel exposed to external environment. 

图2 隧道上A、B、C、D在外界环境下的位移曲线

Shear stress distribution with humidity diffusion

Figure 3: Humidity diffusion and shear stress evolution as time elapsed

图3 无弱面岩体中的隧道湿度扩散和剪应力随时间变化过程

Figure 4: Damage effect on displacement as tunnel exposed to external environment. 

图4 在外界条件下破坏引起的位移曲线

Humidity diffusion processes

Shear stress distribution with humidity diffusion

Figure 5: Humidity diffusion and shear stress evolution as time elapsed for tunnel with lower rock strength

图 5 有弱面岩体中的隧道湿度扩散和剪应力随时间变化过程