Q2原狀黃土本構(gòu)模型及其在隧道工程中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，西部地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程、生態(tài)環(huán)境改善工程和國防建設(shè)工程中往往涉及到黃土工程問題。而黃土是一種具有獨(dú)特工程性質(zhì)的特殊性土，從巖土工程意義來說，其特殊性主要表現(xiàn)在黃土的結(jié)構(gòu)性、欠壓密性和濕陷性，導(dǎo)致在黃土地區(qū)修建工程的特殊性和復(fù)雜性，這就需要進(jìn)一步發(fā)展黃土力學(xué)理論和相應(yīng)的工程技術(shù)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過理論推導(dǎo)、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬等方法對Q2原狀黃土的力學(xué)特性和淺埋黃土連拱隧道動(dòng)態(tài)施工圍巖損傷局部化過程等

2、進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?、購纳轿麟x石連拱隧道處取得Q2原狀黃土土樣，通過試驗(yàn)測試獲得Q2原狀黃土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，主要包括非飽和Q2原狀黃土物理性質(zhì)試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)、等壓試驗(yàn)和等P試驗(yàn)。獲得了Q2原狀黃土的剪應(yīng)力q與剪應(yīng)變 se的關(guān)系、體應(yīng)變 ve與剪應(yīng)變 se的關(guān)系，進(jìn)而擬合得到彈性常數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)及峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度隨圍壓的變化規(guī)律等。
　?、诟鶕?jù) Q2原狀黃土的試驗(yàn)結(jié)果，對彈

3、塑性變形進(jìn)行分離，作出流線圖和勢線圖，并假定塑性流動(dòng)符合相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則，選用塑性功函數(shù)為硬化、軟化函數(shù)，建立了應(yīng)變空間的Q2原狀黃土彈塑性本構(gòu)模型。
　?、墼趹?yīng)變空間的Q2原狀黃土彈塑性本構(gòu)模型的研究基礎(chǔ)上，把土體在應(yīng)力作用下的總變形分解為彈性變形、塑性變形和損傷不可逆變形。假定塑性變形和損傷不可逆變形耦合，并服從伊留辛公設(shè)，確定出以廣義塑性功為硬化參數(shù)的加載函數(shù)和以損傷能量密度為參數(shù)的損傷屈服面函數(shù)，推導(dǎo)出損傷演化規(guī)律，建立了應(yīng)

4、變空間的Q2原狀黃土彈塑性損傷本構(gòu)模型。
　?、芨鶕?jù)FLAC3D的塑性流動(dòng)法則并對其進(jìn)行修正，推導(dǎo)出Q2原狀黃土彈塑性損傷本構(gòu)模型的FLAC3D的格式。再利用FLAC3D的二次開發(fā)功能，用C++程序編制了用戶自定義本構(gòu)模型，與FLAC3D自帶的本構(gòu)模型分別對試件進(jìn)行模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，得出用戶自定義本構(gòu)模型更能準(zhǔn)確反映Q2原狀黃土的力學(xué)特性。
　　⑤定義了圍巖損傷度 SRDD概念和推導(dǎo)其計(jì)算公式，并用FLAC3D的F

5、ISH語言編制圍巖損傷局部化后處理模塊，通過實(shí)例模擬，得出該圍巖損傷度后處理模塊能較好的反映黃土隧道動(dòng)態(tài)施工圍巖損傷局部化分布和演化情況。
　?、抟噪x石黃土連拱隧道為依托工程，對離石黃土連拱隧道的兩種施工方案開挖過程分別進(jìn)行損傷局部化數(shù)值模擬研究，通過分析開挖過程中圍巖損傷局部化分布情況和損傷演化規(guī)律，選出較合理的施工方案，并與現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的可信性。
　　⑦通過分析隧道工程圍巖穩(wěn)定性的分析和