考虑损伤的西原流变模型及其工程应用研究

作     者：何晓樟 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王桂林

授予年度：2019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：流变本构模型 西原模型 损伤 二次开发 围岩变形 

摘      要：岩体的流变模型是岩石流变理论的核心组成部分。随着我国经济的发展,我国的基础设施建设的规模呈现日新月异的增长,工程中岩石流变问题也越来越复杂。研究表明,岩体参数会因为损伤随时间变化而衰减。因此,只有从岩体流变学和损伤理论的观点和方法出发来考虑岩石的流变受力变形特性,才能更合理有效地服务于工程实际。本文基于能较为全面反映岩土体弹-黏弹-塑粘性流变性质的西原流变模型,结合由损伤导致的参数衰减,提出考虑损伤的西原流变模型,将其进行FLAC自定义本构模型二次开发以及工程应用。主要内容及成果如下:(1)结合摩尔库伦屈服准则和损伤理论,提出考虑损伤的西原流变模型和利用三轴压缩试验确定损伤阈值,并推导出考虑损伤的西原流变模型的有限差分格式以及用于FLAC中的应力更新方程和应力修正方程;(2)根据差分格式,利用FLAC软件提供的二次开发平台进行对本文模型进行二次开发,并详细列出了二次开发中的重要方法、关键变量、编码流程;根据退化后的FLAC内置伯格斯流变模型对比试验和文献中的室内试验分别验证了本文模型未进入屈服状态和进入屈服状态后的正确性和适用性;(3)结合数值试验,以应变和位移为指标,对本文提出的模型中各个参数进行了敏感性分析,并将本文模型应用于模拟蠕变、松弛、分级循环加卸载试验,证明了本文模型能较好地模拟这些试验,特别是对加速蠕变阶段的模拟;(4)以云南某红层软岩隧道为例,基于三轴压缩确定其损伤阈值为0.25%。结合文献相关参数,将本文模型和退化的本文模型(未考虑损伤)计算结果及现场监测进行了对比研究,证明了本文考虑损伤的西原模型更符合实际。另外,还基于本文模型对隧道开挖方法进行了研究,模拟结果表明,隧道双侧壁导坑法施工比二步台阶法、单侧壁导坑法更具安全性。