本文以某快速通道为实例,进行了C++程序编制,将隧道围岩稳定性GPD法自编程序和成熟软件Abaqus就应力场、位移场、塑性区进行了对比分析,初步探究节理对完整岩石位移以及塑性区的影响作用。地下隧道开挖,是在岩石原有应力状态下形成一个新的空间结构,开挖过程会造成原有岩层构造和初始应力状态破坏,围岩形成新的平衡状态,形成过程即为应力重分布,应力重分布引发围岩变形,如若围岩变形过大,就极易造成工程事故,造成经济损失。关于围岩稳定性分析方法,文中介绍了RQD、巴顿分类等常见的分析方法。数值分析方法在围岩稳定性分析上采用较多的是边界元法、离散单元法、有限单元法,本文采用的是一种无网格方法,即通过采用一系列的离散点来描述系统的状态,每一个粒子都拥有自己独立地场变量,例如:质量、动量和坐标等。利用密度近似法对GPD法的两个守恒方程进行离散化。对动量守恒方程离散化得到加速度公式;为了防止在求解域内的结果产生非物理震荡,宜加上线性人工粘度,能够使得求解的结果更趋于光滑,消除数值震荡;岩土工程变形问题,相较于碰撞、冲击问题,是一个低速运动的问题,为了防止粒子非物理穿透,特别是当粒子接近或几乎碰撞时,宜考虑物理粘度;所以最终的加速度由三部分构成:(1)动量守恒方程离散化部分。(2)线性人工粘度部分。(3)物理粘度部分。通过对质量方程运用粒子近似法,可得到连续性密度近似方程,但在实际运用中密度求和法更为方便快捷,然而,当粒子位于问题域的边界上时,密度求和法会导致边缘效应,即会导致相关联的密度被忽略。阅读文献得到的相关解决办法就是通过构造虚粒子消除边缘效应。密度求和法的另外一大难点就是完成自身密度求解之前需要计算粒子之间的光滑函数,但因为密度求和法体现了GPD近似法的本质,故本文采用密度求和法。光滑函数的构造选取最为广泛应用的B-样条函数,是Monaghan和Lattanzio在三次样条函数的基础上提出的,和高斯函数较为类似。前面提到的边界及其附近易发生的边缘效应,即在积分的时候,容易被边界截断,会造成积分区域不是整个计算模型,同时,边界上的粒子只受边界内的粒子的作用,外部没有粒子,无法对粒子产生作用,会导致数值计算误差。通过在模型边缘处布设型号为Π的虚粒子,型号为Π的虚粒子的自身信息,如密度、压力、质量等与对称位置的实粒子相同,速度相反。但Π型虚粒子的存在还不足以防止实粒子穿透边界,故引入Ι型虚粒子,当Ι型虚粒子与实粒子相邻时,会在两个粒子的中心线处产生一个作用力来使得粒子无法穿透边界。岩石采用的是理想的弹塑性本构模型和D-P屈服准则;时间积分采用的是蛙跳法,各粒子应力状态的求解需要在半个时间步内进行插值;研究内容主要包括:(1)完成对程序的编制,程序大致可分为三个部分:(1)模型输入。(2)粒子配对。(3)各场变量计算。粒子配对部分主要完成:采用局部敏感哈希原理,缩小粒子配对搜索规模,节省时间开销。同时完成多次配对工作,解决核函数计算结果与实际情况不符合,进而影响场变量计算。场变量计算部分主要完成:采用多线程并行技术,大大提高程序运行效率,提升运算规模。(2)对快速通道隧道仿真模拟,验证快速通道隧道关于洞室间距以及断面形式选取的合理性,避免塑性区发生贯通。(3)使用有限元软件Abaqus建模分析,对比相应的应力场、位移场、塑性场,通过与成熟的商业软件Abaqus进行模拟结果对比,验证GPD无网格法的可靠性和适用性。(4)在无网格GPD法正确性得到验证的基础上,对存在非贯通节理的岩石的位移场、塑性区进行对比分析,进一步探究岩土工程的热点问题。本文主要创新点:(1)完成粒子搜索配对优化,缩短配对时间,实现多次配对;运用多线程技术,场变量计算速度加快,解决大变形问题编程难点以及计算不精确缺陷。(2)通过对快速通道隧道开挖围岩变形场,位移场,塑性区的GPD法和有限元法结果对比分析,验证GPD法以及C++自编程序的适用性和可靠性。(3)对完整岩石和非贯通节理岩石的位移场、塑性区对比分析以及可能原因初步探究