裂隙岩体损伤流变模型研究及其工程应用

论文摘要

裂隙岩体力学特性及其时效特征的研究一直为岩石力学与工程界所关注。本文综合应用岩石损伤力学、岩石流变力学、数值计算等理论方法,对裂隙岩体损伤流变耦合本构方程及工程应用做了一些初步的探讨。首先,针对裂隙岩体结构特征,从几何损伤的角度,引入了一个二阶张量来描述裂隙面对岩体的劣化效应。以裂隙面面积、裂隙面方向、裂隙面间距及密度作为损伤变量的主要影响因素,将多组裂隙面在各截面上的损伤贡献进行叠加来近似描述多组裂隙面的各向异性损伤。以西原模型作为描述岩体力学时效特性的基本模型,并通过对应原理将一维形式的西原模型流变本构方程转化为三维形式。最后根据等效应变假设,将二阶损伤张量引入流变本构方程,得到了基于西原模型的三维粘弹塑性损伤本构方程。在VC++6.0环境下,以FLAC3D Version 2.1数值计算通用软件为开发平台,编写了上述本构模型的程序块,实现了该软件本构模型的二次开发,并阐述了二次开发程序块的运行原理。最后,运用开发的本构模型,对双江口水电站地下洞室群开挖过程及围岩稳定性进行了粘弹塑性损伤分析,并与弹塑性计算进行了比较,从对比结果来看模型基本上是合理的。同时,根据计算结果,为地下洞室群的长期稳定性及安全性,提出了一些合理的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 文献综述及研究现状
• 1.2.1 裂隙岩体力学模型研究现状及评述
• 1.2.2 岩体流变损伤模型研究现状及评述
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 裂隙岩体损伤流变本构模型
• 2.1 引言
• 2.2 损伤张量
• 2.2.1 含一组平行节理的损伤张量
• 2.2.2 含多组非正交节理的损伤张量
• 2.3 裂隙岩体损伤流变本构方程
• 2.3.1 应变等效原理
• 2.3.2 有效应力及其对称化
• 2.3.3 几种常见的微分型流变模型
• 2.3.4 基于西原模型的粘弹塑性损伤流变本构方程
• 2.3.5 基于西原模型的微分形式粘弹塑性损伤本构方程
• 2.4 FLAC3D粘弹塑性损伤流变本构模型的二次开发
• 2.4.1 FLAC3D简介及其开发环境
• 2.4.2 FLAC3D本构模型的运行原理
• 2.4.3 三维差分形式的粘弹塑性损伤本构模型
• 2.4.4 程序流程
• 2.4.5 算例验证
• 2.5 小结
• 第三章 工程实例应用研究
• 3.1 概述
• 3.2 计算模型及计算参数
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 计算参数
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 位移场变化规律
• 3.3.2 应力场变化规律
• 3.3.3 塑性区分布
• 3.4 小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间参与的科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表