节理岩体等效性能的损伤模型及其数值模拟

摘要

该文运用连续介质力学方法来研究节理岩体的等效力学性能,首先讨论损伤力学的一些基本概念和原理,然后探讨了损伤张量的确定方法,在工程地质调查的基础上,求取研究区域的损伤张量.通过引入损伤张量模型,把存在于岩体中的节理面,通过损伤张量和有效应力来表达其力学特性,从宏观上纳入连续介质力学的范畴来处理.该文所做的主要工作如下:(1)确定节理岩体的损伤张量,建立节理岩体的损伤分析模型;(2)成功地开发了基于损伤力学模型的平面有限元程序;(3)用所编写的程序与节理有限元法做了大量的对比,并对不同的节 理倾角,不同的节理间距,不同的节理长度等情况进行了分析.(4)巧妙地利用了功能强大的ANSYS和TECPLOT前后处理系统,从 而使计算结果更加直观.通过损伤力学模型与节理有限元模型两种方法的对比计算分析,结果表明,利用该文的损伤模型研究节理岩体的等效性能是可行的,损伤模型比节理有限元模型能更方便地反映岩体的各向异性和不连续性,它可以解决分布规模小、数量多的岩体结构面的力学特性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2岩体力学的计算与分析方法简介

1.2.1非连续介质模型

1.2.2连续介质模型

1.3节理岩体损伤理论的研究现状

1.4本文的研究方法与所做的主要工作

第二章节理岩体等效性能的损伤力学理论

2.1节理岩体损伤力学概述

2.1.1损伤力学的研究内容

2.1.2损伤力学的研究方法

2.2损伤变量的定义

2.2.1标量型损伤变量

2.2.2矢量型损伤变量

2.3二阶损伤张量

2.4有效损伤张量

2.5岩体损伤弹性张量

2.6有效应力

2.7本构关系和损伤演变方程

2.7.1节理岩体的本构关系

2.7.2损伤演化规则的描述

第三章节理岩体等效性能的损伤模型与节理有限元模型

3.1节理岩体的损伤模型及其有限元程序设计

3.1.1单元刚度矩阵和外荷载公式

3.1.2损伤张量的有限元实现

3.1.3有效应力的有限元实现

3.1.4程序流程图

3.2节理有限元模型

3.2.1常应变节理单元

3.2.2四节点节理单元刚度矩阵

3.2.3初应力引起的节点荷载

3.2.4坐标转换

3.2.5有限宽度的节理单元

3.2.6岩体节理的劲度系数

第四章节理岩体损伤力学模型的应用

4.1损伤模型的有限元计算及与节理有限元法的比较

4.1.1节理倾角为0度

4.1.2节理倾角为30度

4.1.3节理倾角为45度

4.1.4节理倾角为60度

4.1.5节理倾角为90度

4.1.6两组节理系统

4.2不同的参数对岩体力学性质的影响

4.2.1不同的Cn值和Ct值

4.2.2不同节理倾角

4.2.3不同的节理长度

4.2.4不同的节理间距

4.3本章小结

第五章结论与展望

5.1本文主要结论

5.2研究展望

参考文献

附录

致谢