基于FLAC3D的西原流变模型的程序实现及工程应用

作     者：邹佳成 

作者单位：中国地质大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：徐能雄;段庆伟

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：流变 西原模型 二次开发 围岩稳定 支护时机 

摘      要：在长期荷载作用下,岩石的应力应变特性随时间而变化,这种性质就是岩石的流变特性。岩土工程的安全性和稳定性与岩石流变性质有密切关系,研究岩石的流变性质对于实际工程有很重要的理论意义和实际意义。西原模型是一种在岩土工程中最常用的模型,它能比较全面地反应岩石的弹-黏弹-黏塑性效应,并且在工程实际中得到广泛应用。本文在前人的研究基础上,采用理论分析和数值模拟结合的方法,推导西原模型三维情况下的差分形式,通过FLAC提供的自定义本构模型的接口,把西原模型的编译成动态库DLL文件,并且验证西原模型的可行性。使用西原模型,对ABH深埋输水隧洞中粉质泥沙洞段进行了分析,得到了不同洞段的支护时机,为工程提出合理建议。本文的主要研究内容和成果如下:(1)结合岩石流变理论和不相关联的摩尔库伦流动法则,推导出了西原模型三维情形下的差分格式;本文详细阐述了岩石流变基本元件的力学模型及应力应变关系,同时论述了常用组合元件的基本组合模式和本构方程,以及分析了西原模型的流变参数的确定方法;(2)通过FLAC提供的自定义本构模型的接口,进行二次开发,把西原模型的编译成动态库DLL文件;通过退化FLAC自带模型,使用间接验证的方法验证了西原模型弹性-黏弹性部分的正确性;通过反演岩石室内流变试验,验证了自定义的西原模型进入屈服以后的可行性,即验证了自定义模型塑性部分的正确性;(3)使用西原模型,针对ABH输水隧洞工程中越岭段III类围岩和IV类围岩隧洞开挖支护方案进行研究,通过多次试算,分析隧洞围岩稳定性,给出了隧洞开挖后的喷层混凝土和锚杆支护时机,为该工程支护方案提供的参考。