各向異性軟巖的滲流耦合本構模型.pdf

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

2、，結合由軟巖滲流應力耦合試驗研究得到的成果，建立軟巖材料各向異性滲流應力耦合本構模型。 本文進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，采用廣義塑性位勢理論，通過對由體應力和剪應力引起的應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曲線以及剪切試驗屈服曲線確定)，建立了一個適用于軟巖和軟弱土體的新的巖土材料彈塑性本構模型，并給出了模型的應力一應變關系式及在平面

3、應變和軸對稱條件下的剛度矩陣，以及結合一具體實例，通過對典型應力路徑下采用改進后的模型和修正劍橋模型的預測結果進行比較，驗證了模型的合理性。 (2)通過引入?yún)⒖既岫染仃嚭拖喈攽顟B(tài)的概念，及借助矩陣轉(zhuǎn)換的數(shù)學手段，對各向異性巖土材料本構模型柔度矩陣(或剛度矩陣)的描述給出了一種新的表述方法，使可把對各向異性巖土材料的分析轉(zhuǎn)換為對等效各向同性材料的分析，從而使基于巖土各向同性假設的分析方法能夠方便地應用于各向異性土體。文中并采用

4、砂的平面應變試驗資料，將計算結果與試驗結果進行比較，驗證了方法的可行性。 (3)根據(jù)由軟巖滲流應力耦合試驗得出的全應力一應變試驗曲線，采用宏觀維象學的方法并基于廣義Hooke定律和滲流應力耦合的力學機理，通過回歸分析建立了各向異性軟巖滲流應力耦合本構模型，使本構模型能夠直接體現(xiàn)軟巖強化階段滲流與應力一應變之間的耦合作用。對已有的各向異性軟巖滲流應力應變試驗資料，將計算結果與試驗結果進行比較分析，驗證了模型的合理性。 最后