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《淺論基于細觀力學的脆性巖石損傷-滲流耦合本構模型研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、河海大學博士學位論文基于細觀力學的脆性巖石損傷-滲流耦合本構模型研究姓名：江濤申請學位級別：博士專業(yè)：巖土工程指導教師：徐衛(wèi)亞20060901摘要巖石的應力．滲流耦合問題是巖石力學中研究巖石與所賦存環(huán)境之間相互影響關系的一個重要分支。近年來，眾多學者在巖石應力．滲流耦合機理、概念模型、數(shù)值方法等方面取得了眾多研究成果，但仍存在諸多問題，目前仍是國內外的研究熱點和難點。對于巖石應力．滲流的耦合機理和耦合模型，目前使用較多的仍是各種唯象的經驗公式，不僅適用性差，而且力學概念、參數(shù)含義不清晰，缺乏理論上的嚴密性。本文旨在基于細觀力學理論和方法，從巖石細觀微裂紋在荷
2、載作用下的各種變化著手，通過研究細觀尺度下巖石微裂紋的細觀應力變形規(guī)律，借助局部化和均勻化的數(shù)學工具，建立基于細觀力學的脆性巖石各項異性損傷本構模型和損傷．滲流耦合本構模型，并通過常規(guī)三軸試驗和應力．變形過程中的滲透性試驗對提出的模型進行驗證。論文的主要工作與研究成果歸納如下：(1)較為系統(tǒng)地總結了巖體應力．滲流耦合問題各方面的研究進展和現(xiàn)狀，包括巖石應力．滲流耦合的機理、概念模型、數(shù)值方法等子問題，指出了應力．滲流耦合研究中的不足之處，并對巖石細觀損傷力學的研究現(xiàn)狀進行了總結。在此基礎上，提出了本文的主要研究內容。(2)基于細觀力學理論及方法，首先建立了含
3、微裂紋脆性巖石細觀損傷本構模型的基本假定和宏觀．細觀概念模型，并建立了細觀尺度上微裂紋的位移不連續(xù)問斷與局部應力場之間的關系；通過能量原理，推導出含微裂紋脆性巖石的宏觀自由變形余能；將荷載下的微裂紋按張開裂紋和閉合裂紋分成兩類，分別研究了兩類微裂紋在應力增量作用下摩擦滑移及裂紋擴展的準則和演化方程，并基于能量原理分別推導了含單組張開或閉合微裂紋的巖石等效均勻柔度(或切線柔度)四階張量；通過33個積分方向的單位球面積分，建立了基于細觀力學的脆性巖石宏觀各向異性損傷本構模型。對模型參數(shù)的物理含義進行了分析，編制了相關程序對模型進行數(shù)值模擬，并對模型的各主要參數(shù)進
4、行了敏感性分析。(3)從細觀尺度出發(fā)，建立了脆性巖石滲流的基本假設和概念模型；在已建立的基于細觀力學的損傷本構模型基礎上，將損傷本構模型中計算得到的細觀尺度損傷內變量——微裂紋密度和剪切滑移量作為中問量，引入損傷一滲流耦合本構模型的推導中，研究在荷載作用下?lián)p傷內變量的演化引起的脆性巖石細觀微裂紋開度、密度及連通度等影響滲流諸要素的演化規(guī)律，最終通過均勻化方法建立了含微裂紋脆性巖石的等效多孔介質滲透張量隨應力．損傷的演化規(guī)律。對滲透性影響最大的因素為微裂紋等效開度，對該要素進行了專門的研究。最后對建立的基于細觀力學的損傷一滲流耦合本構模型進行了數(shù)值模擬和參數(shù)分
5、析。河海大學博士學位論文(4)為了對提出的損傷本構模型進行驗證，在MTS815．02巖石力學侍服試驗機上對白鶴灘水電站右岸高邊坡玄武巖進行了常規(guī)三軸試驗，在對試驗成果進行定性分析的基礎上，用本文建立的基于細觀力學的脆性巖石損傷本構模型對試驗結果進行了數(shù)值模擬。為了進一步驗證模型，又從其他參考文獻中選取了若干有代表性的脆性巖石三軸試驗(包括花崗巖、灰?guī)r、砂巖等)結果進行數(shù)值模擬。模擬結果表明，本文提出的損傷本構模型對不同巖性、不同圍壓條件下的脆性巖石三軸試驗結果都能較好地進行模擬，具有良好的適應性。(5)采用MTS815．02巖石力學侍服試驗機對洛古水電站壩基
6、玄武巖進行了不同圍壓條件下應力．變形過程中的滲透性試驗，對不同圍壓對巖石滲透性演化規(guī)律的影響進行了定性分析。在此基礎上，用本文建立的基于細觀力學的脆性巖石損傷．滲流耦合本構模型對試驗結果進行了數(shù)值模擬。此外還從各種參考文獻中選取了有代表性的幾組脆性巖石(花崗巖、中砂巖)滲流試驗結果進行數(shù)值模擬，證明了基于細觀力學的損傷，滲流耦合模型對宏觀試驗結果的適用性。關鍵詞：巖石力學，細觀力學，損傷力學，應力．滲流耦合，試驗研究，本構模型，均勻化方法AbstractThecoupledprocessofstressandseepageinrockisoneofthemo
7、stimportantbranchesofmckmechanics，whichfocusesontheinteractionofrockandtherelatedenvironment．Manyscholarshaveachievedaseriesofresearchfindingsinthefidds0fmechanism，theconceptualmodelandnumericalsimulationmethodsofcoupledstress—seepageprocessinrecentyears．Buttherearestillmanyunsolve
8、dproblems，andit’sstillakey
