多节理岩体的非线性耦合损伤本构模型

论文摘要

为了研究节理和完整岩块各自属性及其相互作用对岩体本构特性产生的影响,考虑了节理和完整岩块力学参数在受荷过程中的动态变化,定量地分析了节理变形对完整岩块的耦合损伤作用,并采用整合节理和完整岩块本构方程的方法,建立了多节理岩体的非线性本构模型。首先由单一节理试验成果推导出节理的法向闭合、剪切和剪胀3类刚度表达式,组合成节理刚度矩阵,建立了参数随节理变形和节理应力变化的动态节理本构模型;其次,在原有损伤模型的基础上,引入耦合损伤因子以考虑节理变形对完整岩块的弱化作用,还引入随主应变变化的完整岩块动态泊松比,建立新的完整岩块损伤本构模型;再次,根据节理与完整岩块的空间分布,通过整合节理与完整岩块本构模型,获得多节理岩体的非线性耦合损伤本构模型;最后,利用Fortran编制模型程序进行数值计算模拟,分析耦合损伤因子、完整岩块动态泊松比和动态节理刚度对岩体强度与变形的影响。结果表明:节理耦合损伤因子对完整岩块产生附加损伤而导致其强度降低,能较准确地预测试验反映的岩体峰值强度-节理面倾角变化曲线,并且削弱了岩体破坏时的抗变形能力;考虑完整岩块动态泊松比的影响能反映岩体剪胀扩容现象;与将节理视为线弹性体相比,考虑节理刚度的动态变化可以反映岩体应力应变非线性特性。

论文目录

• 1 单一节理本构模型
•   1.1 法向闭合、切向剪切和剪胀本构方程
•   1.2 动态节理刚度
• 2 完整岩块损伤本构模型
•   2.1 不包含节理耦合损伤的损伤本构模型
•   2.2 考虑节理耦合损伤的损伤本构模型
• 3 岩体本构模型
• 4 强度准则
• 5 算例分析
•   5.1 耦合损伤因子对岩体力学特性的影响
•   5.2 动态完整岩块泊松比和动态节理刚度对岩体力学特性的影响
• 6 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 胡亚元,王超

关键词: 动态变化,非线性,耦合损伤因子,本构模型,数值模拟

来源: 煤炭学报 2019年S1期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 浙江大学建筑工程学院

基金: 国家自然科学基金资助项目(51178419),广东省中科化灌工程与材料院士工作站科研基金资助项目(2016GZZ07)

分类号: TU45

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.0982

页码: 52-60

总页数: 9

文件大小: 2537K

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