基于Hoek-Brown准则的岩石应变软化模型研究

基于Hoek-Brown(H-B)准则,根据大量试验数据,研究提出一种具有广泛适用性的岩石应变软化模型。利用40种硬岩和软岩三轴试验数据,验证了3参数幂函数型围压函数广泛适用于硬岩和软岩峰后临界塑性应变与围压的关系描述,并将其引入塑性内变量中;其次,比较分析当前基于H-B准则的岩石应变软化模型中软化参数的合理性,明确以GSI作为软化参数的方法最优,拟合结果正确且参数最少。然后,分析岩石峰后GSI随塑性内变量的演化规律,并建立一种普适的非线性演化模型。与其他演化模型相比,所建模型可更准确地描述不同种类岩石峰后H-B强度参数的非线性演化规律,同时参数较少。接着,采用非关联流动法则,将所建GSI演化模型嵌入有限元软件ABAQUS中,实现软化模型的数值求解。最后,对多种岩石的室内试验模拟结果表明,所建模型可正确描述不同围压下硬岩和软岩的峰后应变软化变形及剪胀变形,具备良好的适用性。与定临界塑性应变或定剪胀角的应变软化模型模拟结果相比,所建模型模拟曲线可一致性地与试验曲线接近。     

岩石应变软化变形特性及损伤本构模型研究

对滇藏铁路三江段的花岗岩进行了单轴和常规三轴压缩试验,研究了岩石在不同围压条件下的变形特性及其损伤演化规律。试验结果表明:该岩石压缩变形过程中,内部裂隙的演化经历了无起裂、起裂并稳定扩展、加速扩展、扩展变缓以及扩展停止5个阶段,且围压对岩石变形特性有显著影响。在此基础上,提出了基于有损微元生成的损伤演化模型,建立了三轴压缩条件下岩石应变软化损伤本构模型。该模型能够统一描述岩石峰前及峰后全部变形特性及其损伤演化规律,且损伤方程形式简单、参数物理意义明确。理论结果和试验数据具有很好的一致性,且参数分析结果也表明了该模型的合理性。     

应变软化模拟与圆形隧道衬砌分析

在岩土工程中,有许多类岩体呈现应变软化特性。在应变软化过程中,如果多个材料强度参数分析发生变化,就很难给出软化问题的解析解。已有的文献研究表明,在经典的弹塑性理论框架下,模拟岩土介质的应变软化过程依然值得深入研究。利用应变软化材料强度参数随塑性应变增加而弱化的特点,提出了将应变软化过程简化为一系列的脆性应力跌落与塑性流动过程的思想,应变软化行为的模拟转化为一系列脆塑性过程的分析。将这种模拟应变软化过程的思想方法用于求解均匀初始应力场中应变软化介质内的圆形隧道开挖问题,研究了衬砌对减少岩土开挖扰动的作用以及考虑应变软化对衬砌内力的影响。数值结果表明,对于应变软化岩土材料,忽略其强度软化的行为是偏于危险的。     

基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型

研究并提出一种以应变软化指标为基础的岩石非线性蠕变模型。首先,基于岩石三轴压缩试验结果,分析提出一种峰后应变软化指标R1来描述岩石峰后力学参数软化与塑性变形间的关系。接着,通过分析加速蠕变阶段与峰后段的联系,建立加速蠕变应变软化指标R2,并以此为基础构建非线性黏塑性体。然后,将其与Hook体和Kelvin元件串联,组建非线性蠕变模型,并将模型嵌入ABAQUS有限元程序。最后,针对砂岩和泥岩三轴蠕变试验建立数值模型,模拟曲线与试验曲线吻合良好,说明所建模型适用于硬岩/软岩加速蠕变现象的模拟。其中,参数 对加速蠕变曲线形态起调节作用,显示模型模拟脆性?延性流变破坏的特点。另外,模型参数均可由常规压缩破坏试验以及蠕变试验确定,易于获取。     

应变软化岩体分析原理及其应用

应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象,许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时,其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的,由此导致计算求解的困难。将岩体应变软化过程简化为一系列脆塑性过程,于是应变软化问题的求解归结为一系列脆塑性过程的分析。基于经典弹塑性力学理论,提出了应变软化过程模拟方法及其相应的有限元求解过程,编制了计算程序,研究了应变软化本构模型中不同强度弱化速率对圆形洞室围岩塑形区分布的影响,进一步分析了应变软化模型对应的隧道径向变形沿洞轴方向的分布特征,并与已有监测数据得到的分布规律进行了对比。初步的研究结果表明,应变软化模型得到的计算结果是比较合理的     

应变软化Tresca材料中扩孔问题解答及其应用

依据常规试验成果,对岩土材料的剪胀、剪缩和应变软化特性进行简化后,利用弹塑性理论和体积平衡原理,推导出应变软化Tresca材料中扩孔问题的一般解答,并分析了不排水饱和土扩孔问题的规律性,对解决诸如沉桩挤土效应等工程问题具有一定的应用价值。     

岩石损伤软化统计本构模型及参数确定方法的新探讨

基于现有岩石损伤软化统计本构模型研究,通过探讨岩石损伤软化统计本构模型参数与岩石应力-应变全程曲线特征参数即峰值应力与应变的关系,建立起特定围压下模型参数与围压的解析表达式。引进岩石Mohr-Coulomb强度准则,建立不同围压下岩石应力-应变全程曲线峰值应力与围压之间的关系,再通过探讨不同岩石应力-应变全程曲线峰值应变与围压的关系,导出了具有普遍意义的不同围压下岩石峰值应变计算公式,从而建立岩石损伤软化统计本构模型参数确定的新方法,由此得到能够模拟不同围压下岩石应变软化全过程的统一损伤软化统计本构模型。该模型较同类模型具有参数少和易于确定等特点,理论计算和实测结果比较分析表明了该方法与模型的合理性。     

基于改进Harris函数的岩石统计损伤软化模型

为了反映岩石变形全过程,通过改进Harris函数,假设岩石微元强度服从改进的Harris概率密度分布,结合连续损伤理论,考虑损伤变量修正,建立岩石统计损伤软化模型。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行红层泥岩常规三轴压缩试验,基于红层泥岩试验数据对模型参数进行敏感性分析,阐述模型参数的物理意义,分析累积损伤的扩展过程。引用相关文献中二长花岗岩和砂岩的试验数据,利用本文模型对3种岩石材料的试验数据进行辨识验证,给出初始损伤系数的约束范围,对比3种岩石材料的试验曲线和理论曲线,证明本文模型的合理性和适用性。     

弹塑性软化模型下隧洞围岩变形与支护压力分析

为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响,提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型,并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后,通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比,验证了本文方法的合理性。最后,探究了软化系数对围岩变形及支护压力影响规律。结果表明：软化系数较大时,采用弹塑性软化模型与弹脆塑性模型算得结果基本相同;对围岩变形及稳定性起主要控制作用的是松动区域范围;控制塑性区域出现时的临界支护压力在数值上与弹塑性区域交界处径向应力是相等的。     

岩石流变损伤模型及春有限元程序编制

基于试验资料，考虑了由裂纹扩展导致的岩石扩容，给出了损伤变量及其演化方程，建立了岩石流变损本构关系和有限元迭代格式。用Ｆｏｒｔｒａｎ语言编制了程序，并进行了算例分析。     

岩体粘弹塑性-损伤本构模型及其有限元分析

本文将损伤力学的原理引入岩体流变学的研究,建议了一个损伤演化方程以描述岩体力学性质随时间不断弱化的现象。系统地推导了有限元计算公式。地下巷道位移的实测验算表明,本文的本构模型是合理而有效的。     

岩质高边坡稳定性有限元分析

在评价边坡稳定性方面，采用弹性本构模型的有限元法是一种值得信赖的方法，它在诸多方法中能简便的处理复杂情况下岩土体边界和地质条件。本文介绍了有限元法边坡稳定性分析基本原理，并结合具体针对玉环高边坡区域构造特征和边坡的工程地质特征，应用有限元法建立了有限元模型及选取参数，进行了稳定性分析，得出了位移圉、应力图、安全系数图，定量的揭示和模拟边坡破坏、变形的过程和机制，并对边坡加固进行了可行的论证和建议。     

抗滑桩锚固段岩体的破坏模式及其有限元分析

基于抗滑桩设计计算以及嵌岩抗滑桩在西南地区广泛应用的现状,作者结合岩石强度理论和有限单元法为基础,着重分析了桩体锚固段岩体的受力特点和变形破坏模式,指出桩间距对岩体屈服变形和破坏模式存在一定的影响,其结论对嵌岩抗滑桩的设计有一定的参考价值.     

膨胀性软岩洞室支护效应三维有限元分析

基于湿度应力场理论 ,采用三维非线性有限元方法 ,有效地模拟了膨胀岩洞室开挖和支护过程中遇水膨胀现象。对多种支护方案进行分析比较表明 ,水的损伤软化作用和膨胀岩的本身膨胀性能对其洞室稳定性有重要的影响 ,并进一步了解了洞室发生膨胀的力学机制及其支护效应 ,对膨胀性围岩洞室的设计、施工具有实际指导意义。     

隧道围岩稳定性的有限元分析

根据地下结构设计理论和岩石屈服的Drucker-Prager准则，考虑到了围岩的自身承载能力，采用有限元的分析方法对广西柳州一处公路隧道围岩的稳定性进行了分析。分析了开挖方式、开挖顺序对围岩稳定性的影响，对围岩的开挖过程进行模拟。确定不同开挖方式下隧道围岩的位移、应力状态，以及位移、应力状态随时间的变化规律，为隧道施工过程中开挖方案的制定、支护时间的选取提供依据。     

Extended Finite Element Method for the Analysis of Discontinuities in Rock Masses

The strength and deformability of rock mass primarily depend on the condition of joints and their spacing and partially on the engineering properties of rock matrix. Till today, numerical analysis of discontinuities e.g. joint, fault, shear plane and others is conducted placing an interface element in between two adjacent rock matrix elements. However, the applicability of interface elements is limited in rock mechanics problems having multiple discontinuities due to its inherent numerical difficulties often leading to non-convergent solution. Recent developments in extended finite element method (XFEM) having strong discontinuity imbedded within a regular element provide an opportunity to analyze discrete discontinuities in rock masses without any numerical difficulties. This concept is based on partition of unity principle and can be used for cohesive rock joints. This paper summarizes the mathematical frameworks for the implementation of strong discontinuities in 3 and 6 nodded triangular elements and also provides numerical examples of the application of XFEM in one and two dimensional problems with single and multiple discontinuities.     

岩质边坡稳定性分析中极限平衡法与有限元法的对比

根据工程实例 ,对一公路岩质边坡稳定性采用极限平衡法与有限元法分别进行计算 ,对比二者之间的差异 ,分析产生差异的原因。在安全系数的选用上提出了建议。     

Analysis of Rock Damage Characteristics Based on Particle Discrete Element Model

Rock is a heterogeneous medium that is composed of minerals of various sizes. Under the action of external loads, the generation, propagation and coalescence of microdefects in the rock mass determines the macroscopic deformation and fracture of rock. To understand the damage law of rock and to reveal the evolution of dynamic failure, a uniaxial compression model was established based on particle flow code. Acoustic emission and energy characteristics of rock damage were analyzed, and the damage constitutive models of rock were discussed. During rock uniaxial compression, acoustic-emission events undergo a relatively quiet, sudden increase and sharp decrease for three periods, which corresponds to the compaction and elastic deformation stage, yield stage and post-peak stage in the stress–strain curve. Before the yield stress is reached, the proportion of bond and strain energies is larger. Friction energy accounts for a small proportion of the total energy, and a reciprocal relationship exists between them. The constitutive model that is based on friction energy can better reflect the variation in stress and strain, then the constitutive model based on acoustic-emission parameters.     

复合地基沉降的复合本构有限元分析

提出了平面应变条件下复合地基沉降计算的复合本构有限元法。根据桩土界面处力的平衡条件和竖向变形协调条件,由桩、土材料各自的本构方程形成复合地基的本构方程,桩和桩周土可以采用任意非线性本构模型。工程实例分析表明,所建议的方法是有效的。     

Groundwater Behaviour in Layered Slope Rock Mass And Finite Element Simulation

The paper deals with the relatively weak permeable layer in a layered structure of a slope rock mass and itseffect on groundwater behaviour in the rock mass. When the whole groundwater table is declined in such typeof slope rock mass, the permeability of the relatively weak permeable layer in the middle will be several timeslower than that of the upper and lower permeable layers and consequently the water level in layers of differentpermeability will fall in different rates which will lead to a discontinuous phenomenon of the water body. Amethod of finite element simulation on a vertical two-dimensional profile is suggested for the study of the phe-nomenon and its application to practical situation is described. The calculation result shows that the existingweak permeable layer in a layered slope rock mass exerts unnegligible influence on the variation of water levelin the rock mass of a slope. The result also proves the applicability of the finite element simulation method.