裂隙岩体弹塑性—损伤本构模型

岩体中通常含有大量断续状裂隙,它们对岩体结构的变形和稳定性有着不可忽视的影响。本文应用损伤力学原理,建立了这种岩体的弹塑性—损伤本构模型.室内试验和地下厂房实测验算说明,该本构模型是合理有效的.     

加锚层状岩体的本构模型

将加锚层状岩体作为等效连续介质推导了加锚层状岩体的本构方程 ,新的本构模型考虑了节理的剪胀扩容现象和锚杆作用 ,弥补了以往分析中的不足 ,该本构模型可对节理岩体中锚杆的加固作用做出合理的定量评价     

互层状岩体黏弹塑性流变特性的数值分析

 对锦屏II级水电站辅助交通洞的绿片岩进行单轴压缩蠕变特性试验,并以绿片岩和大理岩互层的层状岩体为研究对象,采用FLAC3D对互层状岩体进行单轴压缩蠕变试验的数值分析。试验和数值分析结果表明：当大理岩夹层倾角小于60°时,互层状岩体的破坏强度随着夹层倾角的增大而减小,但当夹层倾角大于60°时,互层状岩体的破坏强度反而随着夹层倾角的增大而增大;当大理岩与绿片岩之间的破坏强度比值较小时,采用Reuss模型和Voigt模型预测复合层状岩体的破坏强度是合适的。     

层状岩体多节理本构模型与试验验证

 根据含多节理层状岩体典型力学特征,在所提出的考虑一组节理面的层状岩体复合材料模型基础上,建立考虑多组结构面特性的层状岩体多节理本构模型,用来描述其在强度和变形方面的各向异性以及应变硬化–软化特征,进而采用VC++编程语言将该模型嵌入到FLAC3D软件中,实现其非线性数值计算功能。然后,利用所提出的本构模型与三维节理网络模型相结合,初步提出基于连续介质力学理论的合成岩体模型(SRMM)分析方法。基于这些模型理论和分析方法,建立现场真三轴试验岩样的三维合成岩体计算模型,通过与现场试验结果对比,表明所提出的本构模型在描述多节理岩体力学特性方面是可行的、合适的。     

节理岩体各向异性力学研究综述

对节理岩体各向异性力学研究的现状与进展进行了系统分析和阐述,分别探讨了节理本身的各项异性力学性质,岩石介质和节理综合(即整个节理岩体)的各向异性力学性质,并对节理岩体本构模型、各向异性力学参数和屈服准则研究进行了较为详细的描述和比较,以指导实践。     

层状岩体的三维弹塑性有限元分析

层状岩体具有明显的各向异性,其抗剪强度应是相对于层面方向的函数。作者曾提出层状岩体c,j 值的经验表达式,并与前人的试验结果进行对比,二者吻合较好。在此基础上,引入横观各向同性体的本构关系和其中的c,j 值是随方向变化的Mohr-Coulomb准则,编制了相应的三维弹塑性有限元程序,并以一个地下洞室为背景,分别就岩体为横观各向同性和各向同性的情况进行模拟计算与对比,得出了有益的认识。     

锚固正交各向异性岩体的三维弹塑性有限元分析

首先从经过系统锚杆加固的正交各向异性岩体中取向表征单元，然后根据“等效材料”的概念和在一定的简化条件下，建立其本构方程和破坏准则，并将之引入三维弹塑性有限元程序中。以地下洞室开挖为算例来考察锚固前后围岩的力学动态，从而得出有益的认识和结论。     

混凝土及岩土材料破坏过程的弹塑性各向异性损伤数值模型及其应用

混凝土及岩土材料的破坏过程，是一个极其复杂和极富挑战的研究课题，是力学、材料和工程等学科的研究热点和难点之一。研究混凝土及岩土材料的破坏过程，对于实现从传统的状态(强度)设计理念向现代的过程设计理念转变。揭示混凝土及岩土材料破坏过程的非线性力学行为本质及其破坏机理，提高岩土工程设计水平，评价地下工程安全性能，合理进行地基、边坡工程维修和加固等，均具有重要的理论意义和工程实用价值。     

岩体粘弹性、粘塑性本构模型辨识及工程应用

 博士学位论文摘要　借鉴系统辨识的理论和方法, 基于实际施工中量测获得的岩体变形信息, 对岩石力学中更深一层次的逆向题——岩体粘弹塑性本构模型的辨识问题进行了较深入的探讨。初步建立起基于一般辨识原理和优化技术的岩体粘弹性、粘塑性本构模型辨识的理论和方法, 并用FORTRAN 语言编制了弹2粘塑性模型辨识程序EV E ID 和弹2粘塑性模型辨识程序EV P ID。学位论文完成的主要工作有:(1) 根据系统辨识所需的先验知识、实现的原理和一般步骤, 深入地研究了岩体系统本构模型辨识的特点, 从一般角度探讨了岩体本构模型辨识的途径和实现的方法;(2) 将n 阶线性偏微分方程视为连续介质弹2粘弹性本构方程的一般数学描述, 将初始地应力和特定形状洞室的开挖作为已知的输入, 现场实测数据作为系统的输出响应, 用解析的方法建立了隧道围岩系统弹2粘弹性本构模型辨识的一般方法, 并编制了相应的有限元为基础的辨识程序EV E ID;(3) 将P. Perzyna 方程的一般形式视为连续介质弹2粘塑性本构方程的一般数学描述, 基于上述(2) 中同样的输入、输出条件, 并考虑洞室开挖面空间影响效应, 建立了弹2粘塑性本构方程中流动系数C和屈服准则的函数5 的辨识方法, 并编制了以二维弹2粘塑性有限元为基础的辨识程序EV P ID;(4) 用数值方法正面分析了流动系数C和屈服准则的函数5 对隧道开挖中围岩位移影响的敏感性, 从而证明了C和5 的可辨识性, 并建立了C和5 的寻优途径;(5) 探讨了基于上述粘弹、粘塑性本构模型的辨识, 实现隧道掘进中围岩变形和应力、围岩稳定、支护结构安全度、工程投入运营后长期稳定性的预测及实时的支护质量监测与反馈修正的方法;(6) 用本文的辨识程序, 对某矿井下巷道掘进中的实测收敛值进行了实际的辨识计算, 证明了所提出的辨识方法的可行性。     

加锚层状岩体的变形破坏过程与加固效果分析模型

本文从加锚层状岩体的变形破坏过程出发,着重研究系统锚杆的加固效果与机理,建立加固效果演化方程,最终提出加锚层状岩体的本构关系。     

循环荷载下岩体结构面本构关系与积分算法研究

地下结构中广泛存在的各种不连续面是影响岩体工程力学特性的重要因素,研究结构面在循环荷载作用下的力学行为具有重要的工程意义。基于非关联塑性理论,同时定义加载剪胀段和反向剪缩段,建立了岩体结构面剪胀与塑性耦合本构关系;从结构面的基本损伤机制出发,基于拉、剪分离的思路,建立了一类基于能量原理的岩体结构面拉、剪损伤本构模型,该模型基于有效应力空间塑性力学基本原理,定义了岩体结构面拉、剪塑性Helmholtz自由能分量及损伤能释放率,建立了岩体结构面拉、剪损伤破坏准则。针对结构面在循环荷载作用下的强非线性问题,引入算子分解的思想,将弹塑性演化与损伤演化过程分开进行求解,提出了结构面弹塑性损伤本构关系的混合积分算法。分别进行了岩体结构面直剪和循环剪切试验的数值仿真,计算结果与模型试验基本一致,表明该模型在模拟非连续岩体复杂变形方面是合理有效的。     

岩石统计损伤软化本构模型及其参数反演

基于岩石微元强度服从幂函数分布的假定提出了损伤变量的一种新形式,由此建立了一个可模拟岩石破裂全过程的统计损伤软化本构模型.该模型含两个待定参数.其中一个可利用岩石三轴试验曲线的峰值点确定;另一个则受到微元强度参数的影响.通过研究微元强度参数对于软化本构模型的影响,提出了合理选择微元强度形式的参数反演方法,由此可最终确定模型参数.计算实例表明该模型能够有效模拟岩石的应变软化特性,应用反演方法确定微元强度参数能够有效提高数值模拟精度.     

裂隙岩体注浆块体离散元方法模拟分析

涌水是海底隧道建设面临的主要难题之一,注浆可以有效降低涌水并加固围岩,保障施工安全.采用块体离散元方法模拟研究了浆液-裂隙耦合模型、裂隙剪胀等因素对裂隙岩体浆液扩散的影响规律.结果 表明:(1)考虑浆液-裂隙耦合作用对浆液最大扩散距离有显著影响,结合Barton-Bandis(BB)裂隙本构模型更能够反映裂隙变形的真实...     

基于改进Harris分布的岩石损伤统计本构模型研究

结合连续损伤理论和统计损伤理论,从岩石内部缺陷分布的随机性出发,提出了一种新的岩石微元强度概率密度分布函数—改进的Harris函数,建立了基于改进Harris分布的岩石损伤统计本构模型,并分别用曲线拟合法和多元函数求极值法确定了模型参数,最后用试验数据对模型进行了验证。结果表明:该模型理论曲线与试验曲线吻合良好,能够较好的反映岩石在三维应力状态下的应力—应变关系和破坏全过程,特别是岩石的应变软化特性和峰值强度随围压增加而增大的特性,从而说明了模型的合理性和可行性。     

单轴加载状态下岩石多参数损伤本构模型研究

基于单轴压缩声发射实验,以加载中岩石的声发射和塑性体积应变为损伤变量,建立一个多参数损伤本构模型,研究了岩石的损伤演变规律。研究表明,岩石损伤本构模型和试验应力应变曲线能很好地吻合,峰值强度之前理论值略大,峰值强度之后理论值下降较快;岩石损伤随轴向应变的增加而增大,峰值强度之前岩石损伤随加载而增加,峰值强度之后岩石轴向应力减小而损伤增加;该损伤本构模型获取的应力应变曲线和损伤值能综合体现岩石的声发射和塑性体积应变的发展。     

考虑渐进性破坏的岩石损伤本构模型研究

根据连续损伤理论和统计强度理论,从岩石材料内部包含大量随机分布的微裂隙等缺陷的特点出发,采用修正的Harris函数作为岩石损伤参量的数学模型,并结合Hoek-Brown准则建立能反映岩石破裂全过程的损伤本构模型。通过引入损伤系数J,较好地反映了岩石的渐进破坏特性,也在一定程度上表征了这种准脆性材料的非均匀性和各向异性。利用多元函数极值理论,并依据试验曲线的特征参量,确定出损伤本构模型参数,最后用试验数据对模型进行了验证。通过比较分析说明了该模型的合理性和可行性,在此基础上,探讨了相关参数对理论曲线与试验曲线吻合程度的影响,从而对实际工程具有一定的参考价值。     

基于对数正态分布的岩石损伤本构模型研究

根据岩石微元物理力学性能服从随机分布的特点,采用对数正态分布作为岩石微元强度的概率分布模型,结合损伤力学理论和统计强度理论,建立了三轴压缩条件下的岩石损伤本构模型。在此基础上,考虑岩石破裂过程全应力应变曲线的特点,利用多元函数极值理论依据试验曲线的特征参量确定出损伤本构模型参数。与试验结果及前人研究结果比较,该模型形式简单,参数求取容易,能较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征,表征岩石破裂过程的全应力应变关系。     

粉细砂的三维弹塑性本构模型与试验验证

合理的砂土本构模型不仅要能够描述砂土的剪胀性和应变软化,同时还要能反映土体三维应力空间的真实特性,因此不能只建立在代表轴对称状态的常规三轴试验基础上.在室内真三轴试验的基础上,对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,可以更准确地反映砂土三维应力状态下的变形和强度特性.同时考虑应力水平相关剪胀性与应变软化...     

含水裂隙岩体本构模型及数值模型理论研究

基于莫尔-库仑模型,结合含水裂隙岩体的本构关系及演化方程,在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用,得到了含水裂隙岩体的数值模型。通过一个简单数值模拟实验,验证程序的适用性和有效性,并得出采用莫尔-库仑模型模拟出的结果比含水裂隙岩体本构模型的结果要偏于保守。将含水裂隙岩体的本构模型应用于一实际巷道的开挖围岩稳定分析中,其计算结果与现场监测的数据较吻合,再次验证了该含水裂隙岩体数值本构模型的正确性,可用于含水裂隙岩体巷道的稳定性分析。     

岩石的高温动态统计损伤本构模型研究

结合连续强度理论和随机统计分布假设,在常温统计损伤演化方程的基础之上引入温度影响因素,推导了大理岩的高温统计损伤演化方程;采用组合建模的方法,以损伤力学为基础,将统计损伤体引入到粘弹性本构模型中,构建了能够反映温度影响效应的大理岩高温动态统计损伤本构模型。利用带高温装置的分离式霍普金森压杆试验系统进行了大理岩在不同高温与不同加载速率共同作用下的动态力学试验,基于试验结果,确定大理岩高温动态统计损伤本构模型的参数,并对理论模型进行验证,拟合程度较好,可为岩石类脆性材料动态本构关系的进一步研究和工程应用提供参考依据。