紅山窯膨脹紅砂巖本構(gòu)模型及其應用.pdf

1、膨脹巖問題是工程地質(zhì)和巖石力學領域中最為復雜的研究難題之一。目前關(guān)于膨脹巖的膨脹變形試驗和膨脹本構(gòu)模型的研究已有不少，但對膨脹巖的判別分類方法、膨脹機理及膨脹本構(gòu)模型仍眾說紛紜。本文以南京紅山窯水利樞紐工程中膨脹紅砂巖為研究對象，通過對此類膨脹紅砂巖進行膨脹率試驗、膨脹力試驗、收縮試驗、失水試驗、力學性質(zhì)指標試驗、現(xiàn)場膨脹率試驗及載荷試驗等試驗，并對試驗結(jié)果運用數(shù)學、力學及有限元理論進行分析研究。論文的主要研究工作和研究成果歸納如下：

2、 (1)將膨脹巖的自由膨脹率、干燥飽和吸水率、浸水崩解度、極限膨脹量、極限膨脹力、比表面積、交換容量、圍巖強度等膨脹特性指標作為膨脹巖判別分類的主要考慮因素，引入模糊綜合評判的概念，建立膨脹巖分類專家數(shù)據(jù)系統(tǒng)，采用多因素綜合評判的方法對膨脹巖進行判別分類，從而可避免以往由單因素分類法對膨脹巖進行分類的不確定性。 (2)對南京紅山窯膨脹紅砂巖進行了多種膨脹特性試驗和力學性質(zhì)指標試驗，獲得了此膨脹巖的膨脹變形特性和力學性質(zhì)指標

3、，為模型的建立和參數(shù)的選擇提供了科學的依據(jù)。 (3)在試驗研究的基礎上，基于濕度應力場理論，推導了彈性模量E和泊松比u都隨含水率變化而發(fā)生變化的膨脹紅砂巖彈性本構(gòu)模型、非飽和濕度場彈塑性耦合模型，討論了有限元解的穩(wěn)定性，繪出了有限元求解流程圖。 (4)在所建模型的基礎上，開發(fā)了膨脹問題的三維有限元計算程序；對膨脹率試驗和現(xiàn)場載荷試驗進行數(shù)值模擬，將計算結(jié)果與室內(nèi)外試驗結(jié)果對比，從而驗證所做試驗的科學性、所建模型的正確性、