基于双应力原理的饱和岩体本构模型及有限元程序开发

发布时间：2021-10-13 12:26

　　近年来,在“一带一路”战略以及十四五布局规划引领下,大体量复杂岩体工程项目逐渐增多,随之而来的技术难度增大。针对大尺度范围岩体工程的特点以及岩体研究现状,基于等效连续介质理论,从本构模型及其有限元程序开发两方面对含低序次裂隙系统岩体中最为典型的饱和多组节理岩体进行了研究。不仅完善了岩体本构理论体系,还为该类岩体工程数值分析及设计提供了一种新的计算模型,利于分析优化比对。首先,明确基于等效连续介质理论研究的前提是多组节理岩体可等效为多孔连续介质。通过对岩体单元的渗透性参数和力学性参数进行类常量和类张量判定,检验岩体REV的存在性,以此确认岩体是否可以等效为多孔连续介质,并以REV尺寸对应的岩体属性参数作为等效连续性参数。通过算例,展示了多组节理岩体等效连续性判定步骤,证明节理间距较密集均匀时,此类包含低序次裂隙系统的岩体可视作多孔连续介质进行研究。其次,克服以往饱和多孔介质本构理论中不能合理考虑固相基质变形的缺点。基于具有普适性的机械功守恒原理和工程混合物理论,通过推导和分析具有普适性质的饱和多孔介质体积变形功守恒方程,提出小应变条件下考虑基质压缩性的饱和多孔介质双应力原理,即Terza... 

【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

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１某大型岩石坝基施工现场??深入研究岩体的特性应当从岩体的地质特征、力学特性以及工程性质三方面入手（周??

密质的连续介质，并在整个变形??中保持连续性。实际从微观角度，任何物体由分子、原子组成，是存在稀疏间隙而不连续??的，但由于各粒子大小及其相邻间距比物体尺寸小得多，故连续性假定引起的误差并不十??分显著。表征单元体（Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ?Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ?Ｖｏｌｕｍｅ，?ＲＥＶ?）—词来自于连续介质力学，??它是用来界定所谓那个比“物体尺寸小得多”的统一标准的单元尺寸，避免了尺寸选择的任??意性，使得该尺寸内的微观性质平均值趋于稳定，可以作为宏观性能来描述物体特性，如??图１．２所示。??ｒ＼ｊｗ＾??ＲＥＶ??°?尺寸??图１．２表征单元ＲＥＶ的概念??从图中可见，ＲＥＶ是一个尺度，当小于该尺度时，特征值随尺寸改变而产生非常敏??感的波动变化，当大于该尺度后，等效连续的参数特征值逐渐趋于稳定，可以视作常数，??此即ＲＥＶ等效参数的常量特性。对于多孔介质而言，若要将其看作等效连续介质，则表??征单元体便是介质中的一个具有一定标准尺度的参考分析点，其中包含众多的各相组分，??其宏观参数特征值是各组分相互作用后的参数平均值。??在岩土力学研究方面：在土力学中，饱和土体由土颗粒、孔隙水组成，由于土颗粒较??小，孔隙分布密集，导致ＲＥＶ足够小，故认为土体是等效连续介质，通过室内试验就可??以测得土体ＲＥＶ对应的等效参数，Ｂｅａｒ?（１９７２）在进行土体渗流分析时最早引入ＲＥＶ概??念的。岩体力学由于发展较晚，深受土力学影响，人们习惯性地认为岩体等同于土体，将??其看作等效连续介质，基于等效连续介质的模型和分析方法仍然占据主导地位。Ｍａｓａｎｏｂｕ??（１９８８）对岩体ＲＥＶ进行研究时认为，由于岩体是存在断层或者

浙江大学硕士学位论文?多组节理岩体等效连续件．判定??个???＾ｖＶ?．??＾?ｌ＜￡?＾??图２．２渗透系数莫尔圆??此外，仍然以ｘ、ｙ为主方向坐标轴，相应主渗透系数为心＝幻和＆＝心，通过??逆时针旋转角度为０得到局部坐标系为ｘ’ｏ＿ｙ＼由式（２．７）得到Ｘ’坐标轴方向的渗透系数知??的表达式为??ｋｇ?＝?ｋｘ?ｃｏｓ２?０?＋?ｋ２?ｓｉｎ２?ｄ?（２．１１）??若以１／＾作为坐标原点〇至目标点（ｘ，?＿ｙ）的距离，则??ｘ?＝?ｃｏｓ?０／?Ｊｋｎ??？?（２．１２）??ｙ?＝?ｓ＼ｎ９／ｙｊｋｅ??联立式（２．１１?）－（２．１２）得??ｙ＇?ｉ??７７７＝７＋７７７＝７?＝?１?（２．ｉ３）??（ｌ／Ａ）?（ｉ／具）??由式（２．１３）可知，／＝１／＾随角度０变化的轨迹为一个椭圆，一般称之为渗透系数椭圆其??中樵圆长轴半径为６／＝?１?／?，短轴半径为１?／，如图２．３所不。??Ｖ??图２．３滲透系数椭圆??１７??


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