UDEC模拟实例与解析

UDEC 实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所——珠穆浪玛UDEC 实例翻译与命令解析

翻译：珠穆朗玛

1 地震诱发地层坍塌 Seismic-Induced Groundfall

1.1 问题描述

本例展示使用 UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图 1.1,该模型基 于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿 34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和 尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高 5m,宽 10m.

假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为 45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为 5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳 定性。围岩参数来自试验室平均测试数值，假定岩石块体参数如下：

假定块体仅具有弹性行为，节理假定符合库伦滑动准则，选择典型的教课书数值作为节 理参数，如下：

初始应力状态按各向同性估计为24Mpa（假定垂直荷载由覆盖深度大约800m 的岩层产生）。

1.2 UDEC 分析

UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应

.

本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.

使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.

在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.

在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.

1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的

间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.

1.3 数据文件列表

Example 1.1 SEISMIC.DAT

title

SEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌

;

round 0.01

; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界

block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20

; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态

jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25

jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1

jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1

; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理

crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51

crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51

crack -5,-2.5 -5,2.5

crack 5,-2.5 5,2.5

crack 2.25,2.5 1.93,5.0

; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30

prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780

prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000

prop jmat=1 jf=30.0

; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件

; consolidate model under field stresses

bound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3

insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3

bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19

grav 0.0 -10.0

; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移

hist solve

hist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1

solve rat 1e-5

; save consolidated state

save seismic1.sav

; make excavation

delete range -5,5 -2.5,2.5

solve rat 1e-5

; save excavated state

save seismic2.sav

;

rest seismic2.sav

; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec)

;