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弹塑性软化模型下隧洞围岩变形与支护压力分析 被引量:17
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作者 崔岚 郑俊杰 +1 位作者 章荣军 张威 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期717-722,728,共7页
为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响,提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型,并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后,通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比,验... 为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响,提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型,并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后,通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比,验证了本文方法的合理性。最后,探究了软化系数对围岩变形及支护压力影响规律。结果表明:软化系数较大时,采用弹塑性软化模型与弹脆塑性模型算得结果基本相同;对围岩变形及稳定性起主要控制作用的是松动区域范围;控制塑性区域出现时的临界支护压力在数值上与弹塑性区域交界处径向应力是相等的。 展开更多
关键词 弹塑性软化模型 Hoek-Brown屈服准则 软化系数 围岩变形
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深部洞室开挖卸荷分区破裂机制的动力分析 被引量:4
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作者 高强 张强勇 +1 位作者 张绪涛 向文 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期3181-3194,共14页
随着地下工程开挖深度的增加,深部岩体将处于高应力和复杂的地质环境中,产生与浅埋洞室破坏模式迥异的分区破裂现象。深部洞室在动力卸荷作用下,基于应变梯度理论和损伤软化模型,建立了弹塑性损伤软化动力模型,推导了含有应变梯度项的... 随着地下工程开挖深度的增加,深部岩体将处于高应力和复杂的地质环境中,产生与浅埋洞室破坏模式迥异的分区破裂现象。深部洞室在动力卸荷作用下,基于应变梯度理论和损伤软化模型,建立了弹塑性损伤软化动力模型,推导了含有应变梯度项的运动方程、平衡方程和边界条件,提出相应的破坏判据,采用Runge-Kutta方法和Matlab数值软件求得不同卸载时刻围岩附加位移场、应力场和开挖后围岩总位移场、应力场,得到深部洞室围岩分区破裂的动态形成过程和发展规律。由理论计算值与地质力学模型试验实测值对比分析得知,围岩的径向位移、径向应力和切向应力出现波峰和波谷交替振荡的变化规律,理论计算得到的破裂区和非破裂区的宽度和数量与试验实测值有很好的一致性,证实了该模型分析分区破裂现象的适用性,对以后深部地下工程围岩变形破坏和支护设计提供理论支持。 展开更多
关键词 深部岩体分区破裂 动力卸荷 应变梯度理论 弹塑性损伤软化动力模型 振荡变化规律 地质力学模型试验
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考虑损伤与结构面影响的高应力地下洞群开挖反馈分析
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作者 杨云浩 王仁坤 +1 位作者 肖平西 李治国 《水力发电》 北大核心 2013年第10期18-22,共5页
针对猴子岩水电站地下厂房区高地应力环境和围岩岩性及其结构特点,将考虑损伤与结构面影响的弹塑性应变软化模型应用于厂房洞群的开挖反馈分析中。分析结果表明,由于岩体内层理不发育,Ⅲ、Ⅳ级结构面仅局部发育且无明显的优势方位,围岩... 针对猴子岩水电站地下厂房区高地应力环境和围岩岩性及其结构特点,将考虑损伤与结构面影响的弹塑性应变软化模型应用于厂房洞群的开挖反馈分析中。分析结果表明,由于岩体内层理不发育,Ⅲ、Ⅳ级结构面仅局部发育且无明显的优势方位,围岩损伤特征主要与地应力场有关,拱肩和边墙是损伤重点发生部位;结构面显著地影响了围岩变形量值,相比于不考虑结构面的情况,两者围岩位移相对差最大可达34.43%;考虑损伤与结构面的双重影响后,除主厂房顶拱浅表层个别测点外,多数测点的位移计算值与监测值吻合较好。 展开更多
关键词 地下洞室 结构面 正交异性损伤 弹塑性应变软化模型 反馈分析
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An elasto-plastic constitutive model incorporating strain softening and dilatancy for interface thin-layer element and its verification 被引量:1
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作者 彭凯 朱俊高 +2 位作者 冯树荣 王荣 刘汉龙 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第7期1988-1998,共11页
The mechanical behaviors of the interface between coarse-grained soil and concrete were investigated by simple shear tests under condition of mixed soil slurry (bentonite mixed with cement grout).For comparison,the in... The mechanical behaviors of the interface between coarse-grained soil and concrete were investigated by simple shear tests under condition of mixed soil slurry (bentonite mixed with cement grout).For comparison,the interfaces both without slurry and with bentonite slurry were analyzed.The experimental results show that different slurries exert much influence on the strength and deformation of soil/structure interface.Under mixed soil slurry,strain softening and shear dilatation are observed,while shear dilatation appears under the small normal stress of the interface without slurry,and shear contraction is significant under the condition of the bentonite slurry.The thickness of the interface was determined by analyzing the disturbed height of the sample with both simple shear test and particle flow code (PFC).An elasto-plastic constitutive model incorporating strain softening and dilatancy for thin layer element of interface was formulated in the framework of generalized potential theory.The relation curves of shear stress and shear strain,as well as the relation curves of normal strain and shear strain,were fitted by a piecewise function composed by hyperbolic functions and resembling normal functions.The entire model parameters can be identified by tests.The new model is verified by comparing the measured data of indoor cut-off wall model tests with the predictions from finite element method (FEM).The FEM results indicate that the stress of wall calculated by using Goodman element is too large,and the maximum deviation between the test data and prediction is about 45%.While the prediction from the proposed model is close to the measured data,and the error is generally less than 10%. 展开更多
关键词 simple shear test mixed soil slurry DILATANCY particle flow code generalized potential theory constitutive model FEM
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高地应力条件下高边墙洞室劈裂破坏机制分析方法与工程应用研究
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作者 李帆 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2080-2080,共1页
本文以瀑布沟水电站主厂房高边墙洞室为工程背景,开展高地应力条件下高边墙洞室开挖卸荷真三维地质力学模型试验,系统研究劈裂破坏现象的产生条件与影响因素;在地质力学模型试验研究的基础上,通过理论方法建立基于应变梯度的地下洞室劈... 本文以瀑布沟水电站主厂房高边墙洞室为工程背景,开展高地应力条件下高边墙洞室开挖卸荷真三维地质力学模型试验,系统研究劈裂破坏现象的产生条件与影响因素;在地质力学模型试验研究的基础上,通过理论方法建立基于应变梯度的地下洞室劈裂破坏弹塑性损伤软化模型,根据复变函数构建高边墙洞室劈裂破坏解析分析方法,依托ABAQUS平台开发地下洞室劈裂破坏计算分析程序。通过模型试验、理论研究和和数值模拟,有效揭示出地下洞室劈裂破坏的产生条件与破坏机制。论文主要研究成果如下:(1)通过高地应力条件下高边墙洞室劈裂破坏真三维物理模型试验,精细模拟出地下洞室开挖卸荷出现的平行分层劈裂破坏现象,揭示地下洞室劈裂破坏的产生条件与影响因素,获得地下洞室围岩位移、应变和应力呈现波峰与波谷间隔分布的振荡性衰减变化规律。(2)通过岩石破坏过程的尺寸效应与应变梯度特征分析,建立含应变梯度的可描述岩石塑性硬化和应变软化的屈服函数,基于应变梯度和塑性损伤理论建立深部洞室劈裂破坏弹塑性损伤软化模型。(3)通过复变函数保角变换法获得由高边墙洞室外域到单位圆外域的映射函数,推导出相关位移场与应力场的复数表达形式,提出高边墙洞室劈裂破坏弹塑性解析分析方法,获得高地应力条件下高边墙洞室位移和应力的解析变化规律。(4)根据建立的劈裂破坏弹塑性损伤软化模型,提出隐式时间积分格式,构建高阶六面体单元并推导其高阶单元的形函数与刚度矩阵,提出地下洞室劈裂破坏的数值分析方法,并依托有限元软件ABAQUS开发相应的计算分析程序。(5)通过模型试验、理论分析和数值模拟,揭示出地下洞室的劈裂破坏机制,即:洞区初始最大主应力平行于洞轴方向且量值达到一定程度(0.21~0.7倍围岩单轴抗压强度)是高边墙洞室产生劈裂破坏的重要条件。当洞区平行于洞轴方向的初始最大主应力量值超过0.7倍围岩单轴抗压强度时,高边墙洞室将由劈裂破坏向分区破裂转化。开挖卸荷高边墙洞壁应力出现波峰与波谷间隔交替的振荡变化是引起劈裂破坏的根本力学成因。研究分析表明:弄清劈裂破坏范围并合理优化洞室布局对保证高边墙洞室施工和运行安全十分重要。 展开更多
关键词 水利工程 高边墙洞室 劈裂破坏机制 真三维地质力学模型试验 应变梯度 弹塑性损伤软化模型 复变函数解析分析 隐式时间积分格式 劈裂破坏数值模拟
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高边墙洞室劈裂破坏机制的试验与理论及计算分析研究 被引量:4
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作者 李帆 张强勇 +3 位作者 向文 丁炎志 薛天恩 张瑞新 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1662-1679,共18页
高边墙洞室的劈裂破坏现象已成为影响大型水电站地下厂房施工开挖安全的重要因素。为弄清劈裂破坏现象的形成机制,以瀑布沟水电站地下主厂房高边墙洞室为研究背景工程,开展真三维高地应力条件下高边墙洞室开挖卸荷三维地质力学模型试验... 高边墙洞室的劈裂破坏现象已成为影响大型水电站地下厂房施工开挖安全的重要因素。为弄清劈裂破坏现象的形成机制,以瀑布沟水电站地下主厂房高边墙洞室为研究背景工程,开展真三维高地应力条件下高边墙洞室开挖卸荷三维地质力学模型试验,揭示高边墙洞室开挖卸荷的非线性变形特征与劈裂破坏规律。在地质力学模型试验研究的基础上,建立基于应变梯度的地下洞室劈裂破坏弹塑性损伤软化模型和岩体劈裂破坏准则,并据此依托ABAQUS软件开发地下洞室劈裂破坏计算分析程序,通过多工况数值模拟分析,有效揭示高边墙洞室劈裂破坏的产生条件和形成力学机制。研究表明:洞区初始最大主应力平行于洞轴向且其量值达到一定程度是产生劈裂破坏的重要条件;开挖卸荷过程中高边墙洞壁应力出现波峰与波谷间隔交替的振荡变化是引起劈裂破坏的根本力学成因,该研究成果为下一步进行高边墙洞室劈裂破坏防治提供了重要试验和理论依据。 展开更多
关键词 岩石力学 高边墙洞室劈裂破坏 地质力学模型试验 应变梯度 劈裂破坏弹塑性损伤软化模型 劈裂破坏数值模拟
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Unified analytical solutions for a circular opening based on non-linear unified failure criterion 被引量:7
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作者 Chang-guang ZHANG Qing-he ZHANG +2 位作者 Jun-hai ZHAO Fei XU Chuang-zhou WU 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第2期71-79,共9页
Unified analytical solutions are presented for the predictions of the stresses and displacements around a circular opening based on nonqinear unified failure criterion and the elastic-brittle-plastic softening model. ... Unified analytical solutions are presented for the predictions of the stresses and displacements around a circular opening based on nonqinear unified failure criterion and the elastic-brittle-plastic softening model. Unified analytical solutions not only involve generally traditional solutions which are based on the Hock-Brown (H-B) failure criterion or the non-linear twin-shear failure criterion, but also involve other new results. The results of the radius of plastic zone, radial displacements and stresses are obviously different using three rock masses when different values of the unified failure criterion parameter or different material behavior models are used. For a given condition, the radius of plastic zone and radial displacements are reduced by increasing the unified failure criterion parameter. The latent potentialities of rock mass result from considering the effect of intermediate principal stress. It is shown that proper choices of the failure criterion and the material behavior model for rock mass are significant in the tunnel design. 展开更多
关键词 Analytical solution Elastic-brittle-plastic rock Non-linear unified failure criterion Intermediate principal stress DILATANCY
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