岩体非定常粘弹塑性有限元分析及位移反分析

摘要

处于软弱地层中的地下工程，其围岩变形往往不是在瞬时完成，而是要持续较长时间，并且随着变形的不断发展，一部分围岩将进入塑性变形阶段。在这种情况下，工程开挖后的现场量测位移，实际上反映了围岩的粘弹塑性特性。若仍基于弹性或粘弹性假设进行位移反分析，得到的结果势必不能很好的反映实际岩体的变形力学特性，达不到监控反分析的目的。再者岩体这种复杂材料在水和风化等因素的作用下，其某些力学参数随时间变化是明显的，比如岩体弹模和强度等参数随时间的增长而降低，室内试验已经证明了这一事实。
　　本文采用非定常的流变模型代替定常的流变模型，考虑岩体塑性流动编写了非定常粘弹塑性正问题有限元程序，并通过算例验证了该程序的可靠性；将该程序与复合形最优化方法相结合，编写了非定常粘弹塑性位移反分析有限元程序，通过算例验证了程序的可靠性，并对某软岩巷道工程进行了非定常流变模型的位移反分析。结果表明将岩体看作是非定常弹塑性流变模型，能够更直接客观地反映岩体的粘性时效特征，并将会更加准确地预测工程岩体在日后运营阶段的时效变形特征；而且考虑岩体的塑性流动，将反分析结果作为计算参数进行粘弹塑性分析，可以计算围岩塑性区的发展状况。

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Contents

1 绪论

1.1引言

1.2文献综述与研究现状

1.3本文主要研究内容

2岩石流变力学理论概述

2.1岩石流变过程分析

2.2岩土材料流变性主要理论

2.3组合模型

3粘弹塑性问题的有限元计算方法

3.1非线性问题的解法

3.2弹塑性问题的有限元方法

3.3参数定常时粘弹塑性问题的有限元计算方法

4非定常参数粘弹塑性问题的有限元解法及程序验证

4.1非定常参数粘弹塑性问题的求解方法

4.2非定常粘弹塑性有限元程序验证

5非定常粘弹塑性位移反分析及其应用

5.1引言

5.2复合形最优化方法及本文目标函数的选用

5.3复合形最优化方法的算例验证

5.4工程应用

6结论与展望

参考文献

附录 岩体非定常粘弹塑性位移反分析程序

致谢