多向应力状态下岩石拉剪区和应变软化水构模型算法研究
发布时间：2021-10-10 08:54
岩石的强度特性与峰后力学行为是岩土工程领域重点关注的问题。通常单一的本构模型无法实现对岩石、混凝土这类具有复杂力学性质材料的精确模拟,针对Drucker-Prager（D-P）准则于拉剪区预测应力偏大、不具有应力角效应的不适用性问题,本文提出基于Rankine准则的修正D-P模型。在拉剪区内将Rankine棱锥面与D-P圆锥面结合,在不改变D-P准则压剪区的基础上,考虑实际抗拉强度。在算法实现层面,从隐式积分的角度,同时考虑线性软化/强化的情形,结合D-P模型塑性流动方向易于确定、Rankine准则于主应力空间线性的特点,推导了结合模型的本构积分算法与对应的一致切线模量。利用ABAQUS所提供的用户材料子程序接口,实现了本构模型的二次开发。通过对凝灰岩三轴混合拉伸压缩试验和单轴拉伸压缩试验的数值模拟,验证了算法的正确性。针对岩石材料应变软化问题和有限元求解过程中面临的切线刚度矩阵负定问题,本文基于D-P强度准则建立了考虑围压的岩石弹塑性应变软化本构模型,并提出相应的加卸载准则。模型引入了各向同性软化假定,将岩石应变软化过程简化为一系列脆塑性-塑性流动过程,强度参数随软化参数的变化采用指...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．丨岩石的三轴试验应力－应变曲线??（２）拉压强度不对称效应??
浙江大学硕士学位论文?第２章岩土弹塑性理论与二次开发基础??受压性能呈现明显的不对称，岩石在双轴应力状态下的抗拉与抗压强度之比通常在０．０５－??０．１之间，其典型破坏面如图２．２所示。??，?％：??（］??ＶＪ??图２．２岩石双轴试验破坏曲面??（３）应变软化??基于传统塑性力学所研究的材料多为稳定材料，即加载过程中应变增量与应力增量的??乘积不小于０，应力应变曲线于加载过程中不出现下降段。而刚体试验机的问世，让人们??从大量的室内试验和现场试验测得了岩石材料于峰后出现的下降段，佐证了应变软化现象??的存在（如图２．３所示）。应变软化现象并不满足德鲁克公设，与在应力空间内建立的针对??传统弹塑性力学硬化模型的加卸载准则相矛盾，超出了传统塑性力学的研究范畴，给研究??人员带来了困难。??（－〇－３）?－（－￡？）??／?＼??应变软化段??图２．?３岩石单轴压缩应力应变及体应变关系曲线图??１０??
浙江大学硕士学位论文?第２章岩土弹塑性理论与二次开发基础??受压性能呈现明显的不对称，岩石在双轴应力状态下的抗拉与抗压强度之比通常在０．０５－??０．１之间，其典型破坏面如图２．２所示。??，?％：??（］??ＶＪ??图２．２岩石双轴试验破坏曲面??（３）应变软化??基于传统塑性力学所研究的材料多为稳定材料，即加载过程中应变增量与应力增量的??乘积不小于０，应力应变曲线于加载过程中不出现下降段。而刚体试验机的问世，让人们??从大量的室内试验和现场试验测得了岩石材料于峰后出现的下降段，佐证了应变软化现象??的存在（如图２．３所示）。应变软化现象并不满足德鲁克公设，与在应力空间内建立的针对??传统弹塑性力学硬化模型的加卸载准则相矛盾，超出了传统塑性力学的研究范畴，给研究??人员带来了困难。??（－〇－３）?－（－￡？）??／?＼??应变软化段??图２．?３岩石单轴压缩应力应变及体应变关系曲线图??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学腐蚀作用下黑云片岩峰后应变软化特性研究[J]. 孙琦,于阳. 铁道科学与工程学报. 2019(01)
[2]2006—2016年我国隧道施工事故发生规律与特征分析[J]. 张军伟,陈云尧,陈拓,梅志荣,刘志慧,王富磊,胡沁迪. 现代隧道技术. 2018(03)
[3]基于修正Drucker-Prager准则的岩石次加载面模型[J]. 周永强,盛谦,朱泽奇,付晓东. 岩土力学. 2017(02)
[4]一种修正的Drucker-Prager屈服准则[J]. 周永强,盛谦,刘芳欣,付晓东,朱泽奇. 岩土力学. 2016(06)
[5]复杂地基上重力坝的破坏过程及稳定安全度研究[J]. 李征,张林,陈媛,黄刚海. 中国农村水利水电. 2016(02)
[6]岩石应变软化本构模型建立及NR-AL法求解研究[J]. 王军祥,姜谙男. 岩土力学. 2015(02)
[7]花岗岩峰后力学特性试验与模型研究[J]. 孙闯,张树光,贾宝新,吴作启. 岩土工程学报. 2015(05)
[8]模拟应变软化岩石三轴试验过程曲线[J]. 沈华章,王水林,刘泉声. 岩土力学. 2014(06)
[9]应变软化岩体分析原理及其应用[J]. 王水林,郑宏,刘泉声,郭明伟,葛修润. 岩土力学. 2014(03)
[10]混凝土结构非线性徐变计算方法研究[J]. 黄海东,向中富. 工程力学. 2014(02)
博士论文
[1]考虑高围压和高应变率的岩石类材料弹塑性损伤本构模型[D]. 李会云.天津大学 2017
[2]高围压条件下岩石破坏特征及强度准则研究[D]. 李斌.武汉科技大学 2015
硕士论文
[1]岩石峰后应变软化本构方程及数值模拟方法研究[D]. 李文婷.山东大学 2012
[2]ABAQUS用户材料子程序开发及应用[D]. 杨曼娟.华中科技大学 2005
本文编号：3428059
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．丨岩石的三轴试验应力－应变曲线??（２）拉压强度不对称效应??
浙江大学硕士学位论文?第２章岩土弹塑性理论与二次开发基础??受压性能呈现明显的不对称，岩石在双轴应力状态下的抗拉与抗压强度之比通常在０．０５－??０．１之间，其典型破坏面如图２．２所示。??，?％：??（］??ＶＪ??图２．２岩石双轴试验破坏曲面??（３）应变软化??基于传统塑性力学所研究的材料多为稳定材料，即加载过程中应变增量与应力增量的??乘积不小于０，应力应变曲线于加载过程中不出现下降段。而刚体试验机的问世，让人们??从大量的室内试验和现场试验测得了岩石材料于峰后出现的下降段，佐证了应变软化现象??的存在（如图２．３所示）。应变软化现象并不满足德鲁克公设，与在应力空间内建立的针对??传统弹塑性力学硬化模型的加卸载准则相矛盾，超出了传统塑性力学的研究范畴，给研究??人员带来了困难。??（－〇－３）?－（－￡？）??／?＼??应变软化段??图２．?３岩石单轴压缩应力应变及体应变关系曲线图??１０??
浙江大学硕士学位论文?第２章岩土弹塑性理论与二次开发基础??受压性能呈现明显的不对称，岩石在双轴应力状态下的抗拉与抗压强度之比通常在０．０５－??０．１之间，其典型破坏面如图２．２所示。??，?％：??（］??ＶＪ??图２．２岩石双轴试验破坏曲面??（３）应变软化??基于传统塑性力学所研究的材料多为稳定材料，即加载过程中应变增量与应力增量的??乘积不小于０，应力应变曲线于加载过程中不出现下降段。而刚体试验机的问世，让人们??从大量的室内试验和现场试验测得了岩石材料于峰后出现的下降段，佐证了应变软化现象??的存在（如图２．３所示）。应变软化现象并不满足德鲁克公设，与在应力空间内建立的针对??传统弹塑性力学硬化模型的加卸载准则相矛盾，超出了传统塑性力学的研究范畴，给研究??人员带来了困难。??（－〇－３）?－（－￡？）??／?＼??应变软化段??图２．?３岩石单轴压缩应力应变及体应变关系曲线图??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学腐蚀作用下黑云片岩峰后应变软化特性研究[J]. 孙琦,于阳. 铁道科学与工程学报. 2019(01)
[2]2006—2016年我国隧道施工事故发生规律与特征分析[J]. 张军伟,陈云尧,陈拓,梅志荣,刘志慧,王富磊,胡沁迪. 现代隧道技术. 2018(03)
[3]基于修正Drucker-Prager准则的岩石次加载面模型[J]. 周永强,盛谦,朱泽奇,付晓东. 岩土力学. 2017(02)
[4]一种修正的Drucker-Prager屈服准则[J]. 周永强,盛谦,刘芳欣,付晓东,朱泽奇. 岩土力学. 2016(06)
[5]复杂地基上重力坝的破坏过程及稳定安全度研究[J]. 李征,张林,陈媛,黄刚海. 中国农村水利水电. 2016(02)
[6]岩石应变软化本构模型建立及NR-AL法求解研究[J]. 王军祥,姜谙男. 岩土力学. 2015(02)
[7]花岗岩峰后力学特性试验与模型研究[J]. 孙闯,张树光,贾宝新,吴作启. 岩土工程学报. 2015(05)
[8]模拟应变软化岩石三轴试验过程曲线[J]. 沈华章,王水林,刘泉声. 岩土力学. 2014(06)
[9]应变软化岩体分析原理及其应用[J]. 王水林,郑宏,刘泉声,郭明伟,葛修润. 岩土力学. 2014(03)
[10]混凝土结构非线性徐变计算方法研究[J]. 黄海东,向中富. 工程力学. 2014(02)
博士论文
[1]考虑高围压和高应变率的岩石类材料弹塑性损伤本构模型[D]. 李会云.天津大学 2017
[2]高围压条件下岩石破坏特征及强度准则研究[D]. 李斌.武汉科技大学 2015
硕士论文
[1]岩石峰后应变软化本构方程及数值模拟方法研究[D]. 李文婷.山东大学 2012
[2]ABAQUS用户材料子程序开发及应用[D]. 杨曼娟.华中科技大学 2005
本文编号：3428059
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