岩石工程的扰动状态本构模型研究

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1、中国科学院武汉岩土力学研究所博士学位论文岩石工程的扰动状态本构模型研究姓名：王德玲申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：葛修润20040601摘要扰动状态概念(DSC)是一种新的统一建立本构模型的方法。本文主要研究了岩石工程的扰动状态本构模型。首先，对抗动状态概念的内容进行了全面的介绍，包括参考状态中相对完整状态和完全调整状态的定义和选择，扰动变量的试验测量，扰动函数的表达及扰动状态概念的基本方程。并根据岩石变形的特点，修改了扰动函数；补充了基于岩石声发射和CT技术的扰动测量方法；根据试验数据，修改了岩石的临界状态模型，以此作为DSC中的完全调整状态。

2、并比较了DSC模型和损伤模型。单屈服面模型HISS．瓯模型可以作为扰动状态概念中的相对完整状态。本文先简单比较了HISS和经典塑性模型，然后详细研究了其材料参数和初始情况的确定方法：推导了其本构关系；对其数值计算进行了详细的研究，提出了基于位移控制的有限元计算方法；研究了塑性流动中的应力漂移修正方法，并提出了自适应本构积分方案。材料参数在本构模型中具有很重要的地位。本文研究了DSC材料参数的优化和反分析。对于参数优化，采用BFGS拟牛顿法和Wolfe线性搜索策略，改进了初始步长的估计；对于岩体参数的位移反分析，由于目标函数是多峰值函数，采用全局搜索能力强的

3、遗传算法进行优化，改进了遗传算法的编码方案，适应度函数和交叉、变异算子。接着，把扰动状态概念应用于岩石疲劳过程。根据岩石轴向三阶段变形规律和声发射特征，提出了相应的测量扰动的方法：提出疲劳扰动的演化方程以反映应力上限，平均应力等因素的影响：并根据疲劳扰动的演化方程推导了疲劳寿命预测公式。然后研究了DSC模型的数值计算过程。首先研究了假设RI状态，FA状态和观测状态之间应变相等的简化方法；然后研究了DSC一般形式的方程，提出应变增量之间比例系数的计算方法；最后提出了一般形式DSC方程的数值方法。从应变软化，非局部化，微裂纹相互作用，特征尺寸和网格依赖性问题等

4、方面对DSC模型和其他模型进行了进一步的比较研究，说明DSC模型能较好地模拟应变软化，能简单方便地考虑非局部效应，且不存在网格依赖性。最后，将DSC模型应用于大型岩体工程，对三峡大坝左厂34坝段进行稳定性三维有限元分析，计算出较合理的34坝段安全系数。关键词：扰动状态概念相对完整状态完全调整状态扰动岩石工程垦!!!竺!!!!望堡垒生!!!堡!里!璺!!垡竺!!璺!坚!兰坚!!!!堕垦!些呈!g堕!!!!竖AbstractWangDeling(GeotechnicalEngineering)DirectedbyAcademicianGeXiurunDistu

5、rbedstateconcept(DSC)isakindofnewunifiedmodelingapproach．DSCconstitutivemodelofrockengineeringisthethemeofthispaper．Firstly,thecontentofdisturbedstateconceptisfullyintroduced，includingthedefinitionandselectionofreferencestatessuchasrelativelyintactstateandfullyadjustedstate，measur

6、efurdisturbance，theexpressionofdisturbancefunctionandbasicequationsofDSC．Accordingtodeformingcharacterofrock，disturbancefunctionismodified；methodsofdisturbmeasurementbasedOnacousticandCTtechnologyaresupplied．Withtestdata,thecriticalstatemodelofrockisamended，whichservesasFAstateofD

7、SC．AndcomparisonbetweenDSCmodelanddamagemodelismade．Hierachicalsinglesurface(HISS)modelCanserveasRIstateofDSC．FirstlyHISSmodeliscomparedwithclassicalplasticmodels．Thenitsmaterialparametersandinitialconditionarestudiedindetailanditsconstitutiverelationisinvestigated．Computationalas

8、pectsofHISS·d0areresearchedindeta