膨脹巖濕度應(yīng)力場(chǎng)本構(gòu)模型二次開(kāi)發(fā)與工程應(yīng)用.pdf

1、膨脹巖問(wèn)題是工程巖石力學(xué)領(lǐng)域中最為復(fù)雜的問(wèn)題之一。膨脹巖巷道開(kāi)挖過(guò)程中，濕度場(chǎng)的存在將對(duì)圍巖次生應(yīng)力場(chǎng)造成很大影響，進(jìn)而產(chǎn)生許多工程問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于膨脹巖膨脹本構(gòu)關(guān)系做了一些研究，但由于膨脹巖膨脹機(jī)理復(fù)雜，影響體積膨脹因素較多，尚沒(méi)有簡(jiǎn)潔明確，抓住體積膨脹的主要影響因素建立的膨脹本構(gòu)關(guān)系。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，從膨脹變形機(jī)理出發(fā)，采用經(jīng)典唯象學(xué)方法，建立了基于FLAC3D的膨脹巖濕度應(yīng)力場(chǎng)彈塑性本構(gòu)模型，并應(yīng)用于工程數(shù)值

2、分析。論文主要做了以下工作：
　　一、在濕度應(yīng)力場(chǎng)理論基礎(chǔ)上，根據(jù)膨脹巖體積膨脹機(jī)理，建立了膨脹巖濕度應(yīng)力場(chǎng)彈塑性本構(gòu)模型，其中又分為幾個(gè)部分：
　?。?）根據(jù)膨脹巖體積膨脹機(jī)理，將體積膨脹變形作為塑性變形考慮，根據(jù)膨脹力產(chǎn)生機(jī)理，將膨脹力作為體積膨脹的力學(xué)響應(yīng)；
　?。?）根據(jù)繆協(xié)興提出的濕度應(yīng)力場(chǎng)理論，推導(dǎo)了膨脹力的計(jì)算公式；根據(jù)增量理論，建立膨脹巖體積屈服函數(shù)；根據(jù)膨脹力引起的應(yīng)力圓偏移，建立了膨脹巖剪切屈服函數(shù)

3、，以反映膨脹力對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響；
　?。?）根據(jù)流動(dòng)法則對(duì)本構(gòu)模型進(jìn)行塑性修正。
　　二、基于FLAC3D自定義本構(gòu)模塊，以VS2008為平臺(tái)，進(jìn)行了濕度應(yīng)力場(chǎng)本構(gòu)模型（軟件中命名為dyswell模型）的二次開(kāi)發(fā)工作。
　　其中又分為幾個(gè)部分：
　?。?）開(kāi)發(fā)環(huán)境的設(shè)置；
　?。?）修改頭文件與cpp文件；
　?。?）模型的注冊(cè)、調(diào)試和運(yùn)行；
　　源代碼及注解公布在附錄A中。
　　三、工程

4、應(yīng)用：選取魯西南地區(qū)小官莊鐵礦一段膨脹巖巷道進(jìn)行數(shù)值分析，分別采用摩爾庫(kù)倫本構(gòu)與自定義的濕度場(chǎng)本構(gòu)對(duì)比研究。研究分為三個(gè)方案：
　?。?）不施加支護(hù)，比較兩種本構(gòu)計(jì)算下的圍巖位移，塑性區(qū)分布；
　?。?）采用Shell單元與Cable單元施加初襯，比較兩種本構(gòu)計(jì)算下的圍巖位移，支護(hù)壓力，錨桿最大拉應(yīng)力；
　?。?）采用實(shí)體單元施加二襯，二襯采用彈性模型，比較兩種本構(gòu)下的圍巖位移，二次襯砌壓力。
　　根據(jù)研究，得到

5、以下結(jié)果：
　　（1）位移比較：未加支護(hù)時(shí)，摩爾庫(kù)倫模型計(jì)算的頂拱下沉最大值為11cm左右，底板隆起最大值為8cm左右。 dyswell模型頂拱下沉最大值為20cm左右，底板隆起最大值為15cm左右。膨脹力對(duì)圍巖位移的增大影響得到明顯體現(xiàn)。
　?。?）塑性區(qū)分布：未加支護(hù)時(shí)，摩爾庫(kù)倫模型得到的塑性區(qū)均布在巷道臨空區(qū)附近，沒(méi)有向內(nèi)擴(kuò)展的趨勢(shì)；濕度場(chǎng)本構(gòu)得到的塑性區(qū)不僅均布在巷道臨空區(qū)附近，而且在拱頂與兩側(cè)直墻都有明顯的向內(nèi)擴(kuò)展