基于双应变胡克模型的岩石非线性弹性行为分析

摘要

富含孔隙/裂隙岩体的非线性变形对于工程的安全评价具有重要意义。在多物理场耦合分析求解器TOUGH-FLAC3D中实现双应变胡克模型(two-part Hooke s model,简称TPHM)的数值解法,并界定TPHM的适用条件。TPHM假设:对于岩体中可承受较大变形的软体(如孔隙、裂隙等),用基于自然应变(或真应变,即岩体变形与当前应力状态下的岩体体积之比)的胡克定律来描述;而对于只承受较小变形的硬体部分用基于工程应变(岩体变形与原始应力状态下的岩体体积之比)的胡克定律来描述。通过对室内岩样的应力-应变特征计算分析,表明TPHM在本质上反映了加卸载过程中低应力阶段的非线性变形行为,该力学响应完全取决于孔隙/裂隙的自然应变(真应变);通过对瑞士Mont Terri岩石实验室的深部ED-B巷道围岩的变形场计算分析,显示出TPHM较为准确地反映了开挖卸载诱发的围岩变形特征。因为TPHM本质上是考虑了低应力状态下孔隙/裂隙对岩石力学性质的影响,因此,在具有卸荷扰动特征的岩石工程中应用TPHM模型进行设计分析更符合实际。