巖石峰后應變軟化本構方程及數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、在21世紀的今天，國內(nèi)外巖體工程發(fā)展十分迅速，越來越多的涉及到了能源、交通、礦山、水利和國防工程的建造。目前這些工程要面對大量的巖體的開挖和處理問題，涉及到大量的巖體工程性質(zhì)。而巖體本身的強度特性以及巖體峰后的力學性質(zhì)對這些工程的設計、施工和穩(wěn)定性評價、巖土加固等都有直接的影響。因此本文通過研究巖石峰后力學性質(zhì)，采用數(shù)值模擬方法進行隧道施工過程中圍巖的破壞演化及漸進破壞規(guī)律的研究，并對隧道現(xiàn)場施工提供指導意見。
　　 (1)巖石

2、類材料的應力-應變曲線關系分為峰值前區(qū)和峰值后區(qū)2個部分。在巖石應力-應變曲線峰前部分，一般將巖石視為彈性體，在此階段采用線彈性本構關系;而在峰后部分，由于不能確定巖石的破壞形態(tài)和應力的跌落方式，其力學行為難以用經(jīng)典理論來描述，因此確定巖石峰后模量的變化是研究巖石峰后力學行為的關鍵?；贛ohr-Coulomb強度準則，以內(nèi)摩擦角(ψ)作為中間變量，通過理論推導，將峰后彈性模量E(p)表征為應變ε的函數(shù)，建立峰后巖體力學非線性應力-應變

3、關系。
　　 (2)通過數(shù)值算例驗證，得到大理巖在不同圍壓下的全應力-應變曲線，其數(shù)值計算結果與試驗結果吻合較好，表明所提出的非線性本構模型是正確合理的，同時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行為。
　　 (3)基于上述理論，通過FLAC中的FISH語言開發(fā)了巖石的二維計算程序，對二維柱體單軸壓縮試驗和淺埋隧道開挖進行二維的數(shù)值模擬;然后在二維計算程序的基礎上，通過FLAC3D開發(fā)了巖石的三維計算程序，并

4、通過動態(tài)位移加載方式，進行三維柱體假三軸試驗數(shù)值模擬。模擬結果驗證了新建本構模型和計算程序的正確性和可行性。
　　 (4)利用巖石的三維計算程序，進行地質(zhì)模型試驗中隧道超載的準三維數(shù)值模擬，分析了隧道圍巖在加載過程中的漸進破壞演化特征，同時驗證了新建本構模型模擬隧道圍巖破壞的可行性和適用性。
　　 (5)最后運用開發(fā)的巖石破壞模型，以兩水隧道為依托，分別進行了Ⅴ級圍巖全斷面和臺階法開挖的全三維數(shù)值模擬，同時研究分析了兩種