法向刚度对系统性能的影响

刚度是指材料或者结构在受到力的作用时对于弹性变形的抵抗能力,同时它也是材料或结构变形难易程度的量度。

本次模拟假定裂隙岩体结构面的法向刚度基础值为1×1011 Pa/m,保持切向刚度和其他因素不变,然后分别选取该法向刚度基础值的0.5倍、1倍、1.5倍、2倍进行分析。

图5.29和图5.30分别为不同法向刚度时的流速分布和最大流速变化。从图中可以看出,在保持其他因素和法向刚度值不变的情况下,随着埋深的增加,岩体内部流速逐渐增大;随着法向刚度的增大,最大流速逐步减小,可见渗流流量受法向刚度影响较为明显。

表5.7 不同法向刚度时的隧道断面渗流流量

图5.29 不同法向刚度时的流速分布

(a)法向刚度为0.5×1011 Pa/m时的流速分布;(b)法向刚度为1×1011 Pa/m时的流速分布;(c)法向刚度为1.5×1011 Pa/m时的流速分布;(d)法向刚度为2×1011 Pa/m时的流速分布

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图5.30 不同法向刚度时的最大流速变化

图5.31为不同法向刚度时的孔隙水压力分布,从图中可以看出,在某一个法向刚度时,随着埋深的增加,孔隙水压力增大;但是,随着法向刚度的增大,孔隙水压力受其影响减小。

图5.31 不同法向刚度时的孔隙水压力分布

(a)法向刚度为0.5×1011 Pa/m时的孔隙水压力;(b)法向刚度为1×1011 Pa/m时的孔隙水压力;(c)法向刚度为1.5×1011 Pa/m时的孔隙水压力;(d)法向刚度为2×1011 Pa/m时的孔隙水压力

图5.32为不同法向刚度时的渗流矢量分布,从图中可以看出,在保持其他条件不变的情况下,随着法向刚度的增加,最大渗流矢量逐步减小。

图5.32 不同法向刚度时的渗流矢量分布

(a)法向刚度为0.5×1011 Pa/m时的渗流矢量;(b)法向刚度为1×1011 Pa/m时的渗流矢量;(c)法向刚度为1.5×1011 Pa/m时的渗流矢量;(d)法向刚度为2×1011 Pa/m时的渗流矢量