各向異性軟巖的滲流耦合本構(gòu)模型.pdf

1、巖土材料的本構(gòu)理論是現(xiàn)代土力學(xué)的基礎(chǔ)。采用先進(jìn)的數(shù)值方法分析巖土工程問題時(shí)，正確建立并合理應(yīng)用巖土介質(zhì)本構(gòu)模型，對(duì)于提高計(jì)算精度常是關(guān)鍵技術(shù)之一，具有重要的意義。在巖土材料滲透特性與應(yīng)力耦合作用的研究中，最關(guān)鍵的問題之一是巖土材料本構(gòu)模型的確定。由于試驗(yàn)手段和理論發(fā)展的階段所限，目前有關(guān)滲流應(yīng)力耦合的本構(gòu)模型尚未見系統(tǒng)報(bào)導(dǎo)。本文以巖土工程中的各向異性滲流應(yīng)力耦合分析問題為工程背景，在對(duì)巖土材料本構(gòu)模型的建模理論及研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上

2、，結(jié)合由軟巖滲流應(yīng)力耦合試驗(yàn)研究得到的成果，建立軟巖材料各向異性滲流應(yīng)力耦合本構(gòu)模型。 本文進(jìn)行的工作及取得的創(chuàng)新成果主要有： (1)以修正劍橋模型為基礎(chǔ)，采用廣義塑性位勢(shì)理論，通過對(duì)由體應(yīng)力和剪應(yīng)力引起的應(yīng)變分量引入不同的分配比例系數(shù)dλ<,1>和dλ<,2>(其值可分別由等向壓縮與膨脹試驗(yàn)曲線以及剪切試驗(yàn)屈服曲線確定)，建立了一個(gè)適用于軟巖和軟弱土體的新的巖土材料彈塑性本構(gòu)模型，并給出了模型的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系式及在平面

3、應(yīng)變和軸對(duì)稱條件下的剛度矩陣，以及結(jié)合一具體實(shí)例，通過對(duì)典型應(yīng)力路徑下采用改進(jìn)后的模型和修正劍橋模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了模型的合理性。 (2)通過引入?yún)⒖既岫染仃嚭拖喈?dāng)應(yīng)力狀態(tài)的概念，及借助矩陣轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)手段，對(duì)各向異性巖土材料本構(gòu)模型柔度矩陣(或剛度矩陣)的描述給出了一種新的表述方法，使可把對(duì)各向異性巖土材料的分析轉(zhuǎn)換為對(duì)等效各向同性材料的分析，從而使基于巖土各向同性假設(shè)的分析方法能夠方便地應(yīng)用于各向異性土體。文中并采用

4、砂的平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)資料，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了方法的可行性。 (3)根據(jù)由軟巖滲流應(yīng)力耦合試驗(yàn)得出的全應(yīng)力一應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線，采用宏觀維象學(xué)的方法并基于廣義Hooke定律和滲流應(yīng)力耦合的力學(xué)機(jī)理，通過回歸分析建立了各向異性軟巖滲流應(yīng)力耦合本構(gòu)模型，使本構(gòu)模型能夠直接體現(xiàn)軟巖強(qiáng)化階段滲流與應(yīng)力一應(yīng)變之間的耦合作用。對(duì)已有的各向異性軟巖滲流應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)資料，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了模型的合理性。 最后