裂隙巖體溫度場-滲流場-應(yīng)力場耦合問題的近場動力學(xué)模擬分析.pdf

1、隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，越來越多的巖石工程涉及到多場耦合問題，裂隙巖體溫度場-滲流場-應(yīng)力場的耦合問題已經(jīng)成為當(dāng)前巖石工程的研究熱點(diǎn)和研究難點(diǎn)。由于實(shí)際巖石工程中裂隙巖體多場耦合作用所處地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，以及室內(nèi)試驗(yàn)方法的局限性，數(shù)值模擬方法是目前研究裂隙巖體多場耦合作用最有效的手段之一。近場動力學(xué)理論是一種非局部理論，它采用空間積分法描述物質(zhì)力學(xué)行為，在求解不連續(xù)問題時能夠有效的避免解微分方程而產(chǎn)生的奇異性問題，對于處理材料的不連續(xù)問

2、題具有較大的優(yōu)勢，同時由于近場動力學(xué)基于非局部理論，能很好的模擬熱傳導(dǎo)與地下水的滲流問題。本文根據(jù)近場動力學(xué)的基本原理，建立了裂隙巖體破裂過程中溫度場-滲流場-應(yīng)力場耦合的數(shù)值計算模型，并編制相應(yīng)的計算程序?qū)υ撃Ｐ瓦M(jìn)行了驗(yàn)證和分析，論文主要的研究工作如下：
　?、偻ㄟ^在基于鍵作用的近場動力學(xué)理論中引入切向鍵以模擬材料的剪切變形，從微觀機(jī)理上完善了基于鍵作用的近場動力學(xué)本構(gòu)模型，建立了近場動力學(xué)微觀力學(xué)參數(shù)與宏觀彈性常數(shù)之間的關(guān)系。

3、根據(jù)近場動力學(xué)柯西應(yīng)力張量，建立了基于非普通狀態(tài)的近場動力學(xué)理論損傷破壞模型，將物質(zhì)點(diǎn)上的應(yīng)力轉(zhuǎn)化為鍵上的應(yīng)力，并運(yùn)用最大拉應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則、莫爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則來判斷鍵的破壞與否，再將每個物質(zhì)點(diǎn)上斷裂的鍵的數(shù)量與該物質(zhì)點(diǎn)上包含鍵的總數(shù)的比值作為該物質(zhì)點(diǎn)的損傷函數(shù)。該模型成功的運(yùn)用于模擬巖石三維裂紋的起裂、擴(kuò)展和連接，并且得到了巖石破裂過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
　　②根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，并運(yùn)用歐拉-拉格朗日方程推導(dǎo)了基于非局部理論的

4、近場動力學(xué)熱傳導(dǎo)方程，建立了近場動力學(xué)微導(dǎo)熱系數(shù)與材料宏觀導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系；運(yùn)用材料的熱膨脹特性，將根據(jù)近場動力學(xué)熱傳導(dǎo)方程求解出的溫度場轉(zhuǎn)換為近場動力學(xué)物質(zhì)點(diǎn)的變形梯度張量，再將變形梯度張量代入非普通狀態(tài)近場動力學(xué)的力狀態(tài)函數(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)了巖體溫度場與應(yīng)力場的耦合。
　　③根據(jù)達(dá)西定律，推導(dǎo)了基于非局部理論的近場動力學(xué)滲流基本方程，運(yùn)用質(zhì)量守恒原理建立了一維和二維情況下宏觀滲透系數(shù)與微觀近場動力學(xué)滲透系數(shù)之間的關(guān)系?；诜瞧胀?/p>

5、狀態(tài)近場動力學(xué)理論和經(jīng)典的多孔介質(zhì)流固耦合理論，通過在近場動力學(xué)本構(gòu)方程中引入孔隙水壓力增項(xiàng)和在近場動力學(xué)滲流基本方程引入有效應(yīng)力對滲透系數(shù)的影響，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用近場動力學(xué)方法解決裂隙巖體中滲流場與應(yīng)力場耦合問題。
　　④基于近場動力學(xué)熱傳導(dǎo)理論和近場動力學(xué)滲流理論，推導(dǎo)出了裂隙巖體溫度場與滲流場耦合數(shù)學(xué)模型，最后根據(jù)溫度場、滲流場和應(yīng)力之間的兩兩耦合模型，建立基于近場動力學(xué)理論的裂隙巖體溫度場-滲流場-應(yīng)力場耦合數(shù)值模型，并將該