循环荷载下岩体结构面本构关系与积分算法研究
本文关键词: 岩体结构面 剪胀 弹塑性损伤 Helmholtz自由能 本构模型 积分算法 出处:《岩土工程学报》2017年06期 论文类型:期刊论文
【摘要】:地下结构中广泛存在的各种不连续面是影响岩体工程力学特性的重要因素,研究结构面在循环荷载作用下的力学行为具有重要的工程意义。基于非关联塑性理论,同时定义加载剪胀段和反向剪缩段,建立了岩体结构面剪胀与塑性耦合本构关系;从结构面的基本损伤机制出发,基于拉、剪分离的思路,建立了一类基于能量原理的岩体结构面拉、剪损伤本构模型,该模型基于有效应力空间塑性力学基本原理,定义了岩体结构面拉、剪塑性Helmholtz自由能分量及损伤能释放率,建立了岩体结构面拉、剪损伤破坏准则。针对结构面在循环荷载作用下的强非线性问题,引入算子分解的思想,将弹塑性演化与损伤演化过程分开进行求解,提出了结构面弹塑性损伤本构关系的混合积分算法。分别进行了岩体结构面直剪和循环剪切试验的数值仿真,计算结果与模型试验基本一致,表明该模型在模拟非连续岩体复杂变形方面是合理有效的。
[Abstract]:A variety of widely existed in the underground structure discontinuity is an important factor affecting the engineering characteristic of rock mechanics, it has important engineering significance to study on the mechanical behavior of structures under cyclic loading. Based on the theory of non associated plasticity, while the definition of dilatancy and shear loading contraction section, a rock structure and dilatancy the plastic coupling constitutive relation; from the basic structure of the damage mechanism, based on the idea of separation of tension, shear, set up a type of rock mass structure based on energy principle drawing, shearing damage constitutive model, the model is based on the basic principle of effective stress space plastic mechanics, the definition of rock mass structure, shear plastic the Helmholtz component of free energy and damage energy release rate, a rock mass structure, shear damage criterion. According to the structure of strong nonlinear problems under cyclic load, the decomposition operator is introduced to the elastoplastic The evolution and the damage evolution process are solved separately, and puts forward a hybrid integral algorithm of structural plane elastoplastic damage constitutive relationship. The numerical simulation of rock mass structural plane shear and cyclic shear test, calculation and model test are basically the same, show that the model in simulating complex discontinuous rock mass deformation is reasonable and effective.
【作者单位】: 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室;江西省交通科学研究院;
【基金】:国家自然科学基金项目(51279136,51579191) 国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2015CB057904)
【分类号】:TU452
【正文快照】: 工程实践表明,地下结构的整体稳定性良好,而局部失稳现象频繁发生,非连续性岩体结构面是控制工程结构局部失稳的关键环节,其力学行为及其空间分布极大地影响着工程岩体的安全稳定性[1]。特别地,在爆破、水位升降、地震等循环荷载作用下,结构面的力学行为会变得异常复杂,且极不
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