巖石峰后應(yīng)變軟化本構(gòu)方程及數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、在21世紀(jì)的今天，國(guó)內(nèi)外巖體工程發(fā)展十分迅速，越來(lái)越多的涉及到了能源、交通、礦山、水利和國(guó)防工程的建造。目前這些工程要面對(duì)大量的巖體的開(kāi)挖和處理問(wèn)題，涉及到大量的巖體工程性質(zhì)。而巖體本身的強(qiáng)度特性以及巖體峰后的力學(xué)性質(zhì)對(duì)這些工程的設(shè)計(jì)、施工和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、巖土加固等都有直接的影響。因此本文通過(guò)研究巖石峰后力學(xué)性質(zhì)，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行隧道施工過(guò)程中圍巖的破壞演化及漸進(jìn)破壞規(guī)律的研究，并對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)施工提供指導(dǎo)意見(jiàn)。
　　 (1)巖石

2、類材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系分為峰值前區(qū)和峰值后區(qū)2個(gè)部分。在巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰前部分，一般將巖石視為彈性體，在此階段采用線彈性本構(gòu)關(guān)系;而在峰后部分，由于不能確定巖石的破壞形態(tài)和應(yīng)力的跌落方式，其力學(xué)行為難以用經(jīng)典理論來(lái)描述，因此確定巖石峰后模量的變化是研究巖石峰后力學(xué)行為的關(guān)鍵。基于Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，以內(nèi)摩擦角(ψ)作為中間變量，通過(guò)理論推導(dǎo)，將峰后彈性模量E(p)表征為應(yīng)變?chǔ)诺暮瘮?shù)，建立峰后巖體力學(xué)非線性應(yīng)力-應(yīng)變

3、關(guān)系。
　　 (2)通過(guò)數(shù)值算例驗(yàn)證，得到大理巖在不同圍壓下的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，表明所提出的非線性本構(gòu)模型是正確合理的，同時(shí)也表明該模型可以較好的描述不同圍壓大理巖的峰后力學(xué)行為。
　　 (3)基于上述理論，通過(guò)FLAC中的FISH語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了巖石的二維計(jì)算程序，對(duì)二維柱體單軸壓縮試驗(yàn)和淺埋隧道開(kāi)挖進(jìn)行二維的數(shù)值模擬;然后在二維計(jì)算程序的基礎(chǔ)上，通過(guò)FLAC3D開(kāi)發(fā)了巖石的三維計(jì)算程序，并

4、通過(guò)動(dòng)態(tài)位移加載方式，進(jìn)行三維柱體假三軸試驗(yàn)數(shù)值模擬。模擬結(jié)果驗(yàn)證了新建本構(gòu)模型和計(jì)算程序的正確性和可行性。
　　 (4)利用巖石的三維計(jì)算程序，進(jìn)行地質(zhì)模型試驗(yàn)中隧道超載的準(zhǔn)三維數(shù)值模擬，分析了隧道圍巖在加載過(guò)程中的漸進(jìn)破壞演化特征，同時(shí)驗(yàn)證了新建本構(gòu)模型模擬隧道圍巖破壞的可行性和適用性。
　　 (5)最后運(yùn)用開(kāi)發(fā)的巖石破壞模型，以兩水隧道為依托，分別進(jìn)行了Ⅴ級(jí)圍巖全斷面和臺(tái)階法開(kāi)挖的全三維數(shù)值模擬，同時(shí)研究分析了兩種