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岩石峰后应变软化本构方程及数值模拟方法研究
| 论文题名： | 岩石峰后应变软化本构方程及数值模拟方法研究 |
| 关键词： | 隧道围岩;岩石峰后力学行为;应变软化;隧道施工过程;数值模拟 |
| 摘要： | 在21世纪的今天，国内外岩体工程发展十分迅速，越来越多的涉及到了能源、交通、矿山、水利和国防工程的建造。目前这些工程要面对大量的岩体的开挖和处理问题，涉及到大量的岩体工程性质。而岩体本身的强度特性以及岩体峰后的力学性质对这些工程的设计、施工和稳定性评价、岩土加固等都有直接的影响。因此本文通过研究岩石峰后力学性质，采用数值模拟方法进行隧道施工过程中围岩的破坏演化及渐进破坏规律的研究，并对隧道现场施工提供指导意见。 (1)岩石类材料的应力-应变曲线关系分为峰值前区和峰值后区2个部分。在岩石应力-应变曲线峰前部分，一般将岩石视为弹性体，在此阶段采用线弹性本构关系;而在峰后部分，由于不能确定岩石的破坏形态和应力的跌落方式，其力学行为难以用经典理论来描述，因此确定岩石峰后模量的变化是研究岩石峰后力学行为的关键。基于Mohr-Coulomb强度准则，以内摩擦角(ψ)作为中间变量，通过理论推导，将峰后弹性模量E(p)表征为应变ε的函数，建立峰后岩体力学非线性应力-应变关系。 (2)通过数值算例验证，得到大理岩在不同围压下的全应力-应变曲线，其数值计算结果与试验结果吻合较好，表明所提出的非线性本构模型是正确合理的，同时也表明该模型可以较好的描述不同围压大理岩的峰后力学行为。 (3)基于上述理论，通过FLAC中的FISH语言开发了岩石的二维计算程序，对二维柱体单轴压缩试验和浅埋隧道开挖进行二维的数值模拟;然后在二维计算程序的基础上，通过FLAC3D开发了岩石的三维计算程序，并通过动态位移加载方式，进行三维柱体假三轴试验数值模拟。模拟结果验证了新建本构模型和计算程序的正确性和可行性。 (4)利用岩石的三维计算程序，进行地质模型试验中隧道超载的准三维数值模拟，分析了隧道围岩在加载过程中的渐进破坏演化特征，同时验证了新建本构模型模拟隧道围岩破坏的可行性和适用性。 (5)最后运用开发的岩石破坏模型，以两水隧道为依托，分别进行了Ⅴ级围岩全断面和台阶法开挖的全三维数值模拟，同时研究分析了两种工况下，隧道施工过程中围岩破坏的时空演化规律，并为工程施工提供指导意见。 |
| 作者： | 李文婷 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 李树忱 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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