巖土介質流-固耦合非線性損傷力學理論與數(shù)值分析.pdf

1、巖土體是自然界中一種內部富含各種缺陷(如微裂紋、孔隙等)的多相體，地下水在微裂紋、孔隙中的滲流作用影響巖土體中應力場的分布，同時巖土體中應力場的改變又使裂隙產(chǎn)生變形發(fā)展，影響裂隙的滲透性能，所以裂隙滲流場問題是一個多場(應力場、變形場、損傷場、滲流場等)、多相介質(流體、固體、顆粒體等)耦合的復雜動力學問題。因此，它是近年來工程理論研究的熱點問題，對它深入研究，不僅在理論上而且在工程應用上都有重要意義。 如何引進損傷力學理論的優(yōu)

2、勢，并對之進行合理的改進，同時考慮飽和水的影響，建立巖土體的滲流損傷本構模型是本文一個重點研究和探討的問題。為此，本文在以下幾個方面做了一些力所能及的工作。 1、在前人研究工作的基礎上，發(fā)展了各向同性彈塑性損傷的有限變形耦合理論。首先基于構形方法，對應力張量與應變張量、有效彈性能、塑性應變增量等進行了一些不同觀念的描述，然后對基于構形的彈塑性損傷耦合模型進行了討論，研究并發(fā)展了損傷材料的演化方程以及本構方程等，提出了各向同性彈塑

3、性損傷有限變形耦合理論模型，即損傷有限變形運動學方程以及損傷本構方程等。 2、在前人研究工作的基礎上，推廣并發(fā)展了各向同性雙標量損傷變量理論。推導了各向同性雙標量損傷彈性應變能釋放率和損傷演化方程的表達式，并對各向同性雙標量損傷變量模型的特征、可易性性質等進行了討論和分析，為本文研究內容的創(chuàng)新點打下基礎。 3、從連續(xù)損傷力學的角度，對巖土體的滲流力學特性進行了研究，提出了孔隙介質完備的有效Darcy定律(模型)，并在此基

4、礎上發(fā)展了滲流微分方程的基本形式以及孔隙率和滲透系數(shù)演變的損傷巖土體滲透模型，并對常規(guī)滲透系數(shù)、有效滲透系數(shù)以及層狀介質的有效滲透系數(shù)特性等進行了比較和分析。 4、在各向同性雙標量損傷變量模型以及改進的孔隙介質完備的滲流微分方程、達西定律等基礎上，修正Biot理論的基本方程，用Fortran90程序語言編制了巖土體流-固耦合的雙標量損傷變量有限元程序EDAPD、單標量損傷變量程序EPDAP-s以及有限變形損傷程序EDAPL。程序

5、中對破壞單元或高斯點的應力進行了遷移修正，保證了程序驗算結果的合理性和正確性。 5、以一個軟土路基有限元簡化模型為例，利用自主編制的單標量損傷變量流一固耦合有限元程序EPDAP S、雙標量損傷變量有限元程序EDAP-D以及有限變形損傷程序EDAPL，對計算模型的沉降、孔壓、應力、應變以及損傷和彈性能釋放率等進行分析討論，并以典型節(jié)點為例，計算了模型沉降、孔壓值等的變化曲線。此外，對由于不同時間差分格式在預測路基工作性狀方面究竟