膨脹巖濕度應(yīng)力場本構(gòu)模型二次開發(fā)與工程應(yīng)用.pdf

1、膨脹巖問題是工程巖石力學(xué)領(lǐng)域中最為復(fù)雜的問題之一。膨脹巖巷道開挖過程中，濕度場的存在將對圍巖次生應(yīng)力場造成很大影響，進而產(chǎn)生許多工程問題。目前國內(nèi)外學(xué)者對于膨脹巖膨脹本構(gòu)關(guān)系做了一些研究，但由于膨脹巖膨脹機理復(fù)雜，影響體積膨脹因素較多，尚沒有簡潔明確，抓住體積膨脹的主要影響因素建立的膨脹本構(gòu)關(guān)系。本文在總結(jié)國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，從膨脹變形機理出發(fā)，采用經(jīng)典唯象學(xué)方法，建立了基于FLAC3D的膨脹巖濕度應(yīng)力場彈塑性本構(gòu)模型，并應(yīng)用于工程數(shù)值

2、分析。論文主要做了以下工作：
　　一、在濕度應(yīng)力場理論基礎(chǔ)上，根據(jù)膨脹巖體積膨脹機理，建立了膨脹巖濕度應(yīng)力場彈塑性本構(gòu)模型，其中又分為幾個部分：
　　（1）根據(jù)膨脹巖體積膨脹機理，將體積膨脹變形作為塑性變形考慮，根據(jù)膨脹力產(chǎn)生機理，將膨脹力作為體積膨脹的力學(xué)響應(yīng)；
　　（2）根據(jù)繆協(xié)興提出的濕度應(yīng)力場理論，推導(dǎo)了膨脹力的計算公式；根據(jù)增量理論，建立膨脹巖體積屈服函數(shù)；根據(jù)膨脹力引起的應(yīng)力圓偏移，建立了膨脹巖剪切屈服函數(shù)

3、，以反映膨脹力對抗剪強度的影響；
　?。?）根據(jù)流動法則對本構(gòu)模型進行塑性修正。
　　二、基于FLAC3D自定義本構(gòu)模塊，以VS2008為平臺，進行了濕度應(yīng)力場本構(gòu)模型（軟件中命名為dyswell模型）的二次開發(fā)工作。
　　其中又分為幾個部分：
　　（1）開發(fā)環(huán)境的設(shè)置；
　?。?）修改頭文件與cpp文件；
　?。?）模型的注冊、調(diào)試和運行；
　　源代碼及注解公布在附錄A中。
　　三、工程

4、應(yīng)用：選取魯西南地區(qū)小官莊鐵礦一段膨脹巖巷道進行數(shù)值分析，分別采用摩爾庫倫本構(gòu)與自定義的濕度場本構(gòu)對比研究。研究分為三個方案：
　?。?）不施加支護，比較兩種本構(gòu)計算下的圍巖位移，塑性區(qū)分布；
　?。?）采用Shell單元與Cable單元施加初襯，比較兩種本構(gòu)計算下的圍巖位移，支護壓力，錨桿最大拉應(yīng)力；
　　（3）采用實體單元施加二襯，二襯采用彈性模型，比較兩種本構(gòu)下的圍巖位移，二次襯砌壓力。
　　根據(jù)研究，得到

5、以下結(jié)果：
　?。?）位移比較：未加支護時，摩爾庫倫模型計算的頂拱下沉最大值為11cm左右，底板隆起最大值為8cm左右。 dyswell模型頂拱下沉最大值為20cm左右，底板隆起最大值為15cm左右。膨脹力對圍巖位移的增大影響得到明顯體現(xiàn)。
　　（2）塑性區(qū)分布：未加支護時，摩爾庫倫模型得到的塑性區(qū)均布在巷道臨空區(qū)附近，沒有向內(nèi)擴展的趨勢；濕度場本構(gòu)得到的塑性區(qū)不僅均布在巷道臨空區(qū)附近，而且在拱頂與兩側(cè)直墻都有明顯的向內(nèi)擴展