在隧道工程中,接觸到的圍巖大多為層狀巖體,且其力學(xué)參數(shù)會隨著開挖卸荷后應(yīng)變的增加而逐漸劣化。然而,在常規(guī)的工程計算中,往往將圍巖假定為力學(xué)參數(shù)恒定不變的均質(zhì)巖體,這就導(dǎo)致計算結(jié)果容易出現(xiàn)較大誤差。為綜合考慮巖體強度各向異性和力學(xué)參數(shù)損傷劣化這兩個方面對圍巖穩(wěn)定性的影響,本文通過單軸壓縮試驗得到層狀巖體在各層面傾角下的力學(xué)參數(shù),分別計算其損傷變量,研究損傷變量隨層面傾角的變化規(guī)律,基于兩組損傷變量對橫觀各向同性彈性模型及摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則進行修正,得到橫觀各向同性損傷模型,通過數(shù)值試驗驗證其合理性,并將其應(yīng)用于隧道工程實例中。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)論述了選題目的及意義;對層狀巖體強度各向異性研究、巖體損傷力學(xué)研究、數(shù)值試驗及圍巖數(shù)值分析研究現(xiàn)狀進行綜述;指出本文的主要工作內(nèi)容及技術(shù)路線。(2)將層狀巖體按照不同層面傾角制成標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件進行單軸壓縮試驗;對各組試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線的發(fā)展規(guī)律進行分析;分別計算每組試件的抗壓強度和彈性模量,并探討它們隨層面傾角的變化規(guī)律。(3)通過巖石損傷統(tǒng)計強度理論及Weibull分布方程求解每組試件的損傷變量,探討損傷變量的發(fā)展趨勢;基于不同應(yīng)變水平分析損傷變量的各向異性;通過損傷變量各向異性度對損傷變量的各向異性進行定量描述;對損傷變量大小與試件破壞形態(tài)的關(guān)聯(lián)性進行分析。(4)用平行于層面和沿層面法向方向的兩組損傷變量對橫觀各向同性彈性矩陣進行修正;通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到整體坐標(biāo)系下的橫觀各向同性有效彈性矩陣;提取其中的損傷矩陣并分析其力學(xué)性質(zhì);用損傷變量對摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則進行修正,與最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則共同作為橫觀各向同性損傷模型的屈服判據(jù)。(5)用C++對橫觀各向同性損傷模型進行二次開發(fā);基于自定義本構(gòu)模型用FLAC~(3D)軟件對本文所做單軸壓縮試驗進行模擬;通過將計算所得的抗壓強度、彈性模量與試驗結(jié)果進行對比驗證了模擬曲線在峰前部分的合理性;通過引用一組三軸壓縮試驗進行數(shù)值模擬驗證了模擬曲線在峰后部分的合理性。(6)建立隧道工程的實體模型,分別基于橫觀各向同性損傷模型和摩爾-庫倫模型對隧道工程初支階段進行數(shù)值模擬,從應(yīng)力、位移、破壞區(qū)及支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力等方面對兩種計算結(jié)果進行對比;結(jié)合監(jiān)測結(jié)果對比拱頂沉降與邊墻收斂,驗證橫觀各向同性損傷模型的可靠性。(7)最后,總結(jié)本文所得結(jié)論及成果,并對尚待進一步深入研究的問題作了展望。本文綜合考慮層狀巖體力學(xué)性質(zhì)各向異性及力學(xué)參數(shù)損傷劣化,推導(dǎo)了橫觀各向同性損傷模型,通過C++二次開發(fā)后將自定義本構(gòu)模型內(nèi)嵌至FLAC~(3D),可為隧道工程中圍巖穩(wěn)定性的計算提供參考。
【學(xué)位單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U451.2
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

試驗結(jié)果并進行記錄。方法制備驗所采用的巖石為三疊系下統(tǒng)安順組三段地層的中風(fēng)化薄貴州大學(xué)圖書館附近，采用人工制樣的方法，按照不同的行鉆樣，制成層面傾角β分別為 0°、15°、30°、45°、60° 8 組試樣（φj為巖體結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，由直剪試驗得β=53°制樣），每組制 6 個，且每組的 6 個試樣取自同一巖 所示（鄧華鋒等，2017）。最后對鉆取的試樣進行切割、m，高為 100mm 的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件，試件的高度、直徑0.3mm，兩端面的不平整度允許偏差為±0.05mm，端面與偏差為±0.25°，制成的各組試件如圖 2.2 所示（黃春，20

（g）β = 75° （h）β = 90°圖 2.2 各傾角試件圖2.3.2 試驗步驟試驗前，在試件表面沿橫向和縱向分別設(shè)置一組電阻應(yīng)變片，以分別采集試件表面的橫向和縱向應(yīng)變，同時準(zhǔn)備一個備用試件，按相同方式設(shè)置應(yīng)變片，以做溫度補償之用。貼片前先用砂紙把試件表面打磨光滑，再用酒精擦拭、清理，應(yīng)變片用 502 膠水進行固定。將應(yīng)變片與 DH-3818 靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀進行連接，連接方式為 1/4 橋，同時接入備用試件進行溫度補償。測量導(dǎo)線電阻，將應(yīng)變計電阻和導(dǎo)線電阻輸入采集儀控制軟件中，加載前先進行平衡，加載開始時啟動采樣。將試件放在 WAW-1000kN 型微機控制電液伺服萬能試驗機的承壓板中心，用控制軟件對應(yīng)力、應(yīng)變進行調(diào)零，加載采用位移控制，速率為 0.2mm/min，加載方式如圖 2.3 所示。
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8 頓志林,劉干斌,喬世范,任良;橫觀各向同性地基軸對稱問題的應(yīng)力和沉降分析[J];焦作工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年01期

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10 丁皓江，梁劍，王耘;橫觀各向同性彈性層點力解[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);1996年04期

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本文編號：2868100