基于虚内键模型的岩石本构关系数值模拟

发布时间：2018-12-11 05:06

【摘要】：随着国内外越来越多岩体工程的兴起,关于岩土工程的地质灾难也时有发生,无论是岩爆、塌方,还是滑坡、变形,都已经严重地威胁到了人民群众的生命及财产安全。岩石是一类经历漫长地质活动而生成且含有缺陷的复杂物质,是典型准脆性工程材料,呈现非均质性、不连续性。正因为岩石复杂的力学性质,造就了岩石的破坏过程是不平衡、非线性的复杂演化过程。因此,研究不同岩石材料的本构关系,评估岩体工程安全稳定的状态,分析岩土工程积极合理的支护措施,具有十分显著的理论意义以及卓越的工程价值。(1)分析了国内外学者关于岩石应力-应变全过程曲线数值模拟的研究,选取虚拟内连接键模型为本文研究岩石本构关系的理论基础,对虚内键模型的理论背景、基本思想、函数方程及其应用等方面进行了介绍。(2)按照自然界中岩石成因的不同,选取有代表性的岩石——沉积岩中的红砂岩和变质岩中的大理岩作为为试验样本。参照国际岩石力学学会(ISRM)的要求,制取满足要求的岩石试样。基于不同荷载的作用下,对不同种类的岩石样本分别进行了单轴、三轴抗压强度试验。研究不同围压对岩石本构关系的影响时,引入了非均质系数β,研究表明β对岩石材料的本构关系有显著的影响。(3)基于虚内键模型,实现有限元数值模拟的理论推演;借助Fortran软件编程,实现数值模型的计算;再用Matlab软件后期处理,构建出一个基于虚内键模型的多尺度数值模拟平台,最终得到在不同工况荷载作用下,不同岩石材料的二维及三维应力-应变全过程曲线图,将基于虚内键模型数值模拟所获取的岩石全过程应力-应变曲线与运用MTS-150B岩石力学实验系统以及MTS815.03电伺服岩石力学试验机进行物理试验所得的岩石应力-应变全过程曲线进行分析对比,证明了应用虚内键模型研究岩石本构关系的有效性。通过虚内键模型对岩石材料进行数值模拟分析,使虚内键模型的用途范围得以扩展,为研究岩石本构关系提供了一种新思路,并深化了对岩石本构关系的认识,对研究岩石力学工程发挥着显著的理论与现实意义。
[Abstract]:With the rise of more and more rock mass engineering at home and abroad, geological disasters about geotechnical engineering occur from time to time. No matter it is rock burst, landslide, landslide or deformation, it has seriously threatened the safety of people's life and property. Rock is a kind of complex material formed by long geological activities and containing defects. It is a typical quasi-brittle engineering material with heterogeneity and discontinuity. It is precisely because of the complex mechanical properties of rock that the failure process of rock is an unbalanced and nonlinear complex evolution process. Therefore, the constitutive relations of different rock materials are studied, the safety and stability of rock mass engineering are evaluated, and the active and reasonable supporting measures of geotechnical engineering are analyzed. It is of great theoretical significance and outstanding engineering value. (1) the research on the stress-strain whole process curve numerical simulation of rock by domestic and foreign scholars is analyzed. The virtual internal bond model is selected as the theoretical basis for studying the constitutive relation of rock, and the theoretical background and basic idea of the virtual internal bond model are discussed. The function equation and its application are introduced. (2) according to the difference of rock genesis in nature, red sandstone in sedimentary rock and marble in metamorphic rock are selected as test samples. According to the requirements of the International Society of Rock Mechanics (ISRM), rock samples that meet the requirements are obtained. Uniaxial and triaxial compressive strength tests were carried out on different rock samples under different loads. When studying the influence of different confining pressures on the constitutive relation of rock, the heterogeneity coefficient 尾 is introduced. The results show that 尾 has a significant influence on the constitutive relation of rock material. (3) based on the virtual internal bond model, the theoretical deduction of finite element numerical simulation is realized. With the help of Fortran software, the numerical model can be calculated. A multi-scale numerical simulation platform based on virtual internal bond model is constructed by Matlab software. Finally, the two-dimensional and three-dimensional stress-strain curves of different rock materials under different loading conditions are obtained. The stress-strain curve obtained by numerical simulation based on virtual internal bond model and the rock stress obtained by using MTS-150B rock mechanics experimental system and MTS815.03 electric servo rock mechanics testing machine were studied. -the whole strain process curve is analyzed and compared, It is proved that the virtual internal bond model is effective in studying the constitutive relation of rock. The virtual internal bond model is used to simulate and analyze the rock materials, which expands the scope of application of the virtual internal bond model, and provides a new way to study the constitutive relationship of rock, and deepens the understanding of the constitutive relation of rock. It is of great theoretical and practical significance for the study of rock mechanics engineering.
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU45

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本文编号：2371930